CN109462248A - 一种光伏储能一体化机柜及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏储能一体化机柜，其与包括光伏组串设备、电网以及离网设备的能量设备连接，具备光伏储能电气装置，该电气装置包括：储能电池单元，其包括蓄电池，实时发送电源管理数据包；能量变换单元，其基于获取的包含电源管理数据包的能量设备原始采集数据，得到能量设备工作状态数据，再利用运行模式判定方法判定目标运行模式，控制离网电能量的输出；附件单元，其具备分别与各能量设备连接的保护控制器，隔离保护各对应能量设备及其所在电路；触屏显示单元，其解析输入的控制指令及数据，将解析结果发送至能量变换单元，并显示能量设备工作状态数据。本发明具备完善的运行方法，提高了负载的供电可靠性，减小了系统的成本。
Description
技术领域
本发明涉及光伏供电技术，尤其是涉及一种用于一体化机柜的光伏储能电气装置及运行方法。
背景技术
随着光伏发电技术的日益成熟和系统成本的日益下降，光伏发电已经逐渐进入寻常百姓家。其中，光伏发电与储能技术的结合，不仅可解决偏远无电区的居民用电问题，还可提高弱电网区域的居民用电可靠性，同时由于峰谷电价、分时电价的存在，可制订合理的供电和用电计划，既环保又经济。
目前国内光伏逆变器、储能电池等厂家数量不算少，现有的光伏储能系统一般是由零散的几种电气设备简单组合而成，对于系统的运输、安装和运行管理带来不便，同时也增加了整套系统的成本。
常规的负载供电只有单路电源——电网，在偏远地区甚至无电网，难以保证重要负载的供电可靠性。如果同时设计蓄电池供电系统、电网供电系统、光伏供电系统等三套供电系统，则不仅会增加投资成本和延长建设周期，还会面临不同设备的协调控制问题，不同设备间的运行状态可能相互影响，难以达到最优运行。行业内也确实存在少数的几家企业推出了此类一体柜，但其光伏储能系统一般是由零散的几种电气设备简单组合而成，安全性不高、监控方式不灵活、系统集成化不高，对于系统的运输、安装和运行管理带来不便，同时也增加了整套系统的成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种光伏储能一体柜整体解决方案，设置了合理的交直变流操作和保护开关，显示屏集成能量管理系统，除了满足本地管理的要求，还实现了系统的无线控制。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏储能一体化机柜，所述一体化机柜与包括光伏组串设备、电网以及离网设备的能量设备连接，其包括柜体并集成有光伏储能电气装置，所述柜体采用层式结构，所述光伏储能电气装置具备：储能电池单元，其包括蓄电池，所述蓄电池集成电池管理系统，实时发送电源管理数据包；能量变换单元，其基于获取到的所述光伏组串设备的光伏能量和蓄电池能量，从而获取包括当前光伏组串电流信息和电压信息、具备所述电源管理数据包的蓄电池电流信息和电压信息以及离网设备电流信息和电压信息的能量设备原始数据，进一步得到能量设备工作状态数据，根据所述能量设备工作状态数据以及预设的光伏组串电压启动阈值、蓄电池满电量阈值和蓄电池亏电电量阈值，利用运行模式判定方法，判定所述一体化机柜的目标运行模式，控制所述离网设备输出的离网电能量，所述能量设备工作状态数据包括蓄电池当前电量、光伏组串当前输出电压、光伏组串当前发电功率以及离网设备需求功率；附件单元，其具备分别与所述光伏组串设备、所述电网、所述蓄电池以及所述离网设备连接的保护控制器，各所述保护控制器分别检测所在电路的运行情况，输出对应能量设备的隔离保护信号，保护各对应能量设备及其所在电路；触屏显示单元，其与所述能量变换单元连接，解析输入的控制指令及数据，将解析结果发送至所述能量变换单元，并显示所述能量变换单元发送的所述能量设备工作状态数据。
优选地，所述能量变换单元，其还获取所述电网的交流电能量，从而获取并分析还包括电网电流信息和电压信息的所述能量设备原始数据，得到包括所述电网的所述能量设备工作状态数据。
优选地，进一步，所述能量变换单元具备：第一子电路，其包括与直流母线连接的单向直流变换器、以及与所述单向直流变换器连接的单向直流变换器驱动电路，所述第一子电路将所述光伏能量变换成所述直流母线上的直流电能量，并得到包括所述光伏组串电流信息和电压信息的第一数据组；第二子电路，其包括与直流母线连接的双向直交变换器、以及与所述双向直交变换器连接的双向直交变换器驱动电路，所述第二子电路将所述直流电能量转换成所述电网的所述交流电能量或将所述电网的所述交流电能量转换成所述直流电能量，并得到包括所述电网电流信息和电压信息的第二数据组；第三子电路，其包括与直流母线连接的双向直流变换器、以及与所述双向直流变换器连接的双向直流变换器驱动电路，所述第三子电路将所述蓄电池能量转换成所述直流电能量或将所述直流电能量转换成所述蓄电池能量，并得到包括所述蓄电池电流信息和电压信息的第三数据组；第四子电路，其包括与直流母线连接的单向直交变换器、以及与所述单向直交变换器连接的单向直交变换器驱动电路，所述第四子电路将所述直流电能量转换成所述离网电能量，并得到包括所述离网设备电流信息和电压信息的第四数据组；CPU单元，其与所述触屏显示单元、所述第一子电路、所述第二子电路、所述第三子电路以及所述第四子电路连接，接收并解析包括所述第一数据组、所述第三数据组、所述第四数据组、和/或所述第二数据组的所述能量设备原始数据，计算得到所述能量设备工作状态数据，进一步，判定所述一体化机柜的所述目标运行模式，输出对应所述第一子电路、所述第二子电路、所述第三子电路和所述第四子电路的启动指令脉冲以及若干参数设置脉冲。
优选地，进一步，所述附件单元具备：光伏组串保护控制器，其分别与所述光伏组串设备和所述单向直流变换器连接；蓄电池保护控制器，其分别与所述蓄电池和所述双向直流变换器连接；并网保护控制器，其分别与所述电网和所述双向直交变换器连接；离网保护控制器，其分别与所述离网设备和所述单向直交变换器连接；当所述光伏组串保护控制器、所述蓄电池保护控制器、所述并网保护控制器以及所述离网保护控制器各自所属电路出现故障时，分别输出隔离保护信号，将所述光伏储能电气装置与其所属的所述能量设备隔离。
优选地，所述附件单元还包括：信号转换器，其与所述触屏显示单元和智能终端设备连接，通过将无线网络信号转换为有线网络信号，接收从所述智能终端设备发送的所述控制指令及数据，并将其传输至所述触屏显示单元；所述信号转换器，其还通过将所述有线网络信号转换为所述无线网络信号，接收从所述触屏显示单元发送的所述能量设备工作状态数据，并将其传输至所述智能终端设备。
另一方面，提供了一种光伏储能一体化机柜的运行方法，所述运行方式如上述所述一体化机柜，闭合所述附件单元的各个保护控制器；获取所述光伏组串设备的所述光伏能量和所述蓄电池能量，从而获取包括当前所述光伏组串电流信息和电压信息、具备所述电源管理数据包的所述蓄电池电流信息和电压信息以及所述离网设备电流信息和电压信息的所述能量设备原始数据，进一步得到所述能量设备工作状态数据，根据所述能量设备工作状态数据以及预设的所述光伏组串电压启动阈值、所述蓄电池满电量阈值和所述蓄电池亏电电量阈值，利用所述运行模式判定方法，判定所述一体化机柜的所述目标运行模式，所述能量设备工作状态数据包括所述蓄电池当前电量、所述光伏组串当前输出电压、所述光伏组串当前发电功率以及所述离网设备需求功率；根据对应的所述目标运行模式，控制所述离网设备输出的所述离网电能量。
优选地，进一步，所述运行模式判定方法包括如下步骤：比较所述光伏组串当前输出电压和所述光伏组串电压启动阈值，判定所述光伏组串设备是否具备光伏发电条件，其中，当所述光伏组串具备光伏发电条件时，比较所述光伏组串当前发电功率和所述离网设备需求功率，进一步判定所述光伏组串设备是否满足所述离网设备的用电需求，若所述光伏组串设备满足所述离网设备的用电需求，进一步比较所述蓄电池当前电量和所述蓄电池满电量阈值，判定所述蓄电池是否处于满电量状态，若所述光伏组串设备不满足所述离网设备的用电需求，进一步比较所述蓄电池当前电量和所述蓄电池亏电电量阈值，判定所述蓄电池是否处于亏电状态；当所述光伏组串设备不具备光伏发电条件时，进一步判定所述蓄电池是否处于亏电状态。
优选地，所述目标运行模式包括：所述光伏组串设备具备光伏发电条件下的第一运行模式、第二运行模式、第三运行模式和第四运行模式，其中，当所述光伏组串设备具备光伏发电条件且所述光伏组串设备满足所述离网设备的用电需求时，若所述蓄电池处于未满电量状态，则判定为第一运行模式；当所述光伏组串设备具备光伏发电条件且所述光伏组串设备满足所述离网设备的用电需求时，若所述蓄电池处于满电量状态，则判定为第二运行模式；当所述光伏组串设备具备光伏发电条件时，若所述光伏组串设备不满足所述离网设备的用电需求且所述蓄电池处于不亏电状态，则判定为第三运行模式；当所述光伏组串设备具备光伏发电条件时，若所述光伏组串设备不满足所述离网设备的用电需求且所述蓄电池处于亏电状态，则判定为第四运行模式。
优选地，所述目标运行模式还包括：所述光伏组串设备不具备光伏发电条件下的第五运行模式和第六运行模式，其中，当所述光伏组串设备不具备光伏发电条件时，若所述蓄电池处于不亏电状态，则判定为第五运行模式；当所述光伏组串设备不具备光伏发电条件时，若所述蓄电池处于亏电状态，则判定为第六运行模式。
优选地，若所述目标运行模式为所述第一运行模式，向所述第一子电路、所述第三子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第一子电路、所述第三子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述光伏能量传递至所述离网设备和所述蓄电池；若所述目标运行模式为所述第二运行模式，向所述第一子电路、所述第二子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第一子电路、所述第二子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述光伏能量输送至所述离网设备和所述电网；若所述目标运行模式为所述第三运行模式，向所述第一子电路、所述第三子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第一子电路、所述第三子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述光伏能量和所述蓄电池能量输送至所述离网设备；若所述目标运行模式为所述第四运行模式，向所述第一子电路、所述第二子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第一子电路、所述第二子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述光伏能量和所述电网的所述交流电能量传递至所述离网设备。
优选地，若所述目标运行模式为所述第五运行模式，向所述第三子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第三子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述蓄电池能量传输送至所述离网设备；若所述目标运行模式为所述第六运行模式，向所述第二子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第二子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述电网的所述交流电能量传递至所述离网设备。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
本发明对整个光伏储能系统进行了集成化设计，提出了科学的系统协调控制策略，方便了运输、安装和运行的同时使系统更加人性化，同时，可根据用户使用环境的不同，智能选择供电系统。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本申请实施例的光伏储能一体化柜的结构示意图；
图2为本申请实施例的光伏储能一体化柜中光伏储能电气装置的结构拓扑图；
图3为本申请实施例的光伏储能一体化柜中光伏储能电气装置的信号流向图；
图4为本申请实施例的光伏储能一体化柜中光伏储能电气装置的运行模式判定方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
为了克服上述现有技术的不足，本实施例提出了一种用于一体化机柜的光伏储能电气装置及运行模式判定方法。该方案能够集成包括蓄电池供电系统、电网供电系统、光伏供电系统在内的三套供电系统，包含一体机柜体、储能电池单元、能量变换单元、触屏显示单元、无线通信模块等主要部分，提出了科学的系统协调控制策略，不仅可提高负载的供电可靠性，而且实现了光伏储能系统的即装即用，减小了系统的成本，同时具备完善的保护机制，还可实现系统的无线控制，整体更加人性化。需要说明的是，本申请针对供电系统的选择不作具体限定，用户可根据使用环境的不同，智能选择供电系统，例如在偏远无电网区域至少可选择蓄电池供电系统和光伏供电系统，从而实现为离网设备供电的功能。
图1为本申请实施例的光伏储能一体柜的结构示意图。如图1所述，该装置可连接包括光伏组串设备、电网以及离网设备在内的外接能量设备，其包括机柜1并集成有光伏储能电气装置，其中，储能电池单元2、能量变换单元3、附件单元4和触屏显示单元5为光伏储能电气装置的一个组成示例，内置于柜体1中。需要说明的是，在本申请实施例中，柜体1采用层式结构，具体地，采用3层式结构，本申请针对柜体的结构不作具体地限定，本申请实施人员可根据实际应用情况进行相应的调整。
图2为本申请实施例的光伏储能一体柜中的光伏储能电气装置的结构拓扑图。如图2所示，在本申请实施例中，光伏储能电气装置具备如下单元：储能电池单元2、能量变换单元3、附件单元4以及触屏显示单元5。
下面针对各个单元的组成及功能进行详细说明。
首先，在储能电池单元2中，其包含蓄电池，BMS(电源管理系统)系统集成于蓄电池中，该单元利用BMS系统实时发送电源管理数据包。其中，电源管理系统用于提高电池的利用率，防止电池过充过放，延长电池使用寿命，监控电池的状态，可采集并计算蓄电池充放电时间、寿命时间、蓄电池电量信息等。
其次，附件单元4，其具备分别与光伏组串设备、电网、蓄电池以及离网设备连接的保护控制器，各保护控制器分别检测所在电路的运行情况，输出对应能量设备的隔离保护信号，保护各对应能量设备及其所在电路。附件单元4包括可与光伏组串连接的光伏组串保护控制器401、可与蓄电池连接的蓄电池保护控制器402、可与电网连接的并网保护控制器403以及可与离网设备连接的离网保护控制器404。
接着，对能量变换单元3进行说明。能量变换单元3，其基于获取到的光伏组串设备的光伏能量、蓄电池能量、和/或电网的交流电能量，从而获取包括当前光伏组串电流信息和电压信息、包括电源管理数据包的蓄电池电流信息和电压信息、离网设备电流信息和电压信息、和/或所述电网电流信息和电压信息的能量设备原始数据，进一步得到能量设备工作状态数据，根据能量设备工作状态数据以及预设的光伏组串电压启动阈值、蓄电池满电量阈值和蓄电池亏电电量阈值，利用运行模式判定方法，判定一体化机柜的目标运行模式，控制离网设备输出的离网电能量，能量设备工作状态数据包括蓄电池当前电量、光伏组串当前输出电压、光伏组串当前发电功率以及离网设备需求功率。具体地，能量变换单元3具备：包括分别与直流母线和上述光伏组串保护控制器401连接的单向直流变换器301、以及与单向直流变换器301连接的单向直流变换器驱动电路305的第一子电路；包括分别与直流母线和上述并网保护控制器403连接的双向直交变换器302、以及与双向直交变换器连接的双向直交变换器驱动电路306的第二子电路；包括分别与直流母线和上述蓄电池保护控制器402连接的双向直流变换器303、以及与双向直流变换器303连接的双向直流变换器驱动电路307的第三子电路；包括分别与直流母线和上述离网保护控制器404连接的单向直交变换器304、以及与单向直交变换器304连接的单向直交变换器驱动电路308的第四子电路；以及分别与第一子电路、第二子电路、第三子电路以及第四子电路连接的CPU单元309。其中，单向直流变换器301、双向直交变换器302和单向直交变换器304均具备电流传感器和电压传感器，实时获取其对应能量设备的相关电流信号及电压信号。在本申请实施例中，将单向直流变换器301中检测到的光伏组串的相关电流信息及电压信息作为第一信号组，将双向直交变换器302中检测到的电网线路的相关电流信息及电压信息作为第二信号组，将双向直流变换器303中检测到的蓄电池的相关电流信息及电压信息和获取到的电源管理信息作为第三信号组，将单向直交变换器304中检测到的离网负载设备的相关电流信息及电压信息作为第四信号组。
需要说明的是，上述光伏组串保护控制器401、蓄电池保护控制器402、并网保护控制器403和离网保护控制器404具备保护电路的功能，方便维护。当控制器所在电路发生某一测试点瞬态电流过大、开关元件故障、测试点电压过低等现象后，保护控制器根据其预设的故障判定机制，输出对应电路的隔离保护信号，将其开关断开，使得该控制器所在负载与光伏储能电气装置隔离，达到保护对应电路能量设备的目的。例如：当双向直流变换器303的输入端或输出端短路时，蓄电池断路控制器402启动保护，断开其开关；当双向直交变换器302的输出端或其外部电网短路时，并网断路控制器403启动保护，断开其开关；当单向直交变换器304的输出或所连接的用电设备内部短路时，离网断路控制器404启动保护，断开其开关。
下面针对能量变换单元3中的各子电路及CPU单元9进行详细说明。
首先，在第一子电路中，单向直流变换器301，其用于将光伏能量变换成直流母线上的直流电能量，将光伏阵列总能量升压转至更高的直流电压发送至直流母线(其电压值大于311V)上，并完成对光伏阵列的最大功率跟踪(MPPT)，得到第一信号组信息。另外，单向直流变换器驱动电路305，其接收第一信号组的信息，经过信号转换处理后，得到第一数据组，并将其发送至CPU单元9；同时，该驱动电路305还能够对接收到的对应第一子电路的启动指令脉冲进行脉冲调制处理，得到启动电平信号并传输至单向直流变换器301中，对该变换器301的开关器件进行控制。
其次，在第二子电路中，双向直交变换器302，其用于将直流母线上的直流电能量转换成电网交流电能量(输出单相220V交流电网)或将电网交流电能量(电网能量)转换成直流电能量，获取上述第二信号组信息。另外，双向直交变换器驱动电路306，其接收第二信号组的信息，经过信号转换处理后，得到第二数据组，并将其发送至CPU单元9；同时，该驱动电路306还能够对接收到的对应第二子电路的启动指令脉冲进行脉冲调制处理，得到启动电平信号并传输至双向直交变换器302中，对该变换器302的开关器件进行控制。
然后，在第三子电路中，双向直流变换器303，其用于将蓄电池能量转换成直流电能量或将直流电能量转换成蓄电池能量，获取第三信号组的信息。另外，双向直流变换器驱动电路307，其接收第三信号组的信息，经过信号转换处理后，得到包括电源管理数据包的第三数据组，并将其发送至CPU单元9；同时，该驱动电路307还能够对接收到的对应第三子电路的启动指令脉冲进行脉冲调制处理，得到启动电平信号后，传输至双向直流变换器303中，并对该变换器303的开关器件进行控制。
接着，在第四子电路中，单向直交变换器304，其用于将直流电能量转换成离网设备的交流电能量，获取第四信号组信息，其中，离网负载为220V用电负载，如单相220V照明设备、单相220V空调设备等。另外，单向直交变换器驱动电路308，其接收第四信号组的信息，经过信号转换处理后，得到第四数据组，并将其发送至CPU单元9；同时，该驱动电路308还能够对接收到的对应第四子电路的启动指令脉冲进行脉冲调制处理，得到启动电平信号后，传输至单向直交变换器304中，并对该变换器304的开关器件进行控制。
需要说明的是，上述单向直流变换器301和双向直流变换器303都为直流电能量变换装置，其输入和输出都为直流电，在实际应用过程中，由于二者的输入电压较低，需要经过变换器升压，进而输出一个更高的直流电压值，最终才可被后级的双向直交变换器302和单向直交变换器304所利用。
需要说明的是，本申请针对脉冲调制处理，需要将变换器启动指令脉冲信号经过隔离和功率放大处理后，转换成启动电平信号，驱动其所属变换器(301～304)；同时，针对信号转换处理，采用AD转换处理的方法将变换器(301～304)对应的能量设备输出的相关电流信号及电压信号转换成脉冲信号，传输至CPU单元9中。本申请针对脉冲调制处理和信号转换处理的方法不作具体限定，本申请实施人员可根据实际情况进行调整。
最后，对CPU单元9进行进一步说明。CPU单元9，其还与触屏显示单元5连接，一方面，CPU单元9接收并解析包括第一数据组、第三数据组、第四数据组、和/或第二数据组的能量设备原始数据，经实时计算后，得到能量设备工作状态数据，并将能量设备工作状态数据发送至触屏显示单元5；另一方面，其接收输入的控制指令及数据，并进一步利用能量设备工作状态数据，判定一体化机柜的目标运行模式，输出对应第一子电路、第二子电路、第三子电路和第四子电路的启动指令脉冲以及若干参数设置脉冲。
在对能量变换单元3说明后，进一步针对触屏显示单元5进行说明。触屏显示单元5，其与能量变换单元3中的CPU单元9连接，解析由操作人员输入的控制指令及数据，将解析结果发送至CPU单元9中，并实时显示CPU单元9发送的能量设备工作状态数据。需要说明的是，触屏显示单元5集成EMS(能量管理系统)系统，该系统用于管理光储系统中的发电和用电计划的软件系统。需要说明的是，在本申请针对上述EMS系统的集成位置不作具体限定，还可集成于能量变换单元3中的CPU单元309中。
更进一步地说，在附件单元4中，还包括信号转换器405，其与触屏显示单元5和智能终端设备连接，用于将有线网络信号转换为无线网络信号或将无线网络信号转换为有线网络信号。一方面，其通过将无线网络信号转换为有线网络信号，接收从智能终端设备发送的控制指令及数据，并将其传输至所述触屏显示单元5；另一方面，其还通过将有线网络信号转换为无线网络信号，接收从触屏显示单元5发送的能量设备工作状态数据，并将其传输至智能终端设备。需要说明的是，本申请实施例针对智能移动终端设备的形式不作具体限定，可以使用如下设备对该装置进行监控：手机、IPAD等智能移动设备。
图3为本申请实施例的光伏储能一体柜中光伏储能电气装置的信号流向图。如图3所示，在实际应用过程中，一方面，各变换器(301～304)利用其电流传感器和电压传感器，分别检测光伏组串、电网以及离网负载设备所在电路的相关电流信号及电压信号，获取第一信号组、第二信号组、第三信号和第四信号组，将上述信息分别传递至各变换器所属的驱动电路(305～308)中，当上述各传感器检测到异常时，其所属变换器将输出异常信号传递给对应的驱动电路，同时，所属驱动电路将输出保护信号反馈给所属变换器(301～304)，从而驱动上述变换器中的开关器件断开，使得所属变换器(301～304)停止工作，保护光伏储能电气装置；然后，各驱动电路(305～308)将上述接收到的第一信号组、第二信号组、第三信号组和第四信号组中的信息进行信号放大以及AD转换处理，分别得到第一数据组、第二数据组、第三数据组和第四数据组，并将上述数据信息发送给CPU单元309。另一方面，操作人员通过触屏显示单元5输入的控制指令及数据，将连接能量设备的选择、蓄电池充放电电压设定、并网防逆流设定、并网功率限制、电网向蓄电池充电时间和充电功率等命令及数据信息传递给CPU单元309。
当CPU单元309接收到上述控制指令及数据以及第一～四数据组后，根据其预设的算法、蓄电池满电量阈值、蓄电池亏电量阈值和光伏组串启动阈值，利用运行模式判定方法，确定系统的目标运行模式，并得到能量设备工作状态数据，一方面，将系统目标运行模式下的变换器启动指令脉冲以及若干参数设置脉冲发送至对应驱动电路中，同时，所属驱动电路(305～308)将接收到的上述信息进行脉冲调制处理，得到启动电平信号及相应的参数设置数据信号(例如蓄电池充放电电压、电网向蓄电池充电时间等设置信号)，传递至各变换器(301～304)，进而对所属变换器进行驱动并对其所属能量设备进行参数设定；另一方面，CPU单元309将上述能量设备工作状态数据发送至触屏显示单元5中，并将数据显示在触屏显示单元5的显示界面上。
在本申请实施例中，该装置还可利用智能移动设备进行监控，当操作者在手机上安装操作软件后，能够利用无线网络将其输入的控制指令及数据发送给信号转换器405，该转换器405将无线网络信号转化成有线网络信号后，再将上述指令信息通过有线网络传递给触屏显示单元5，同样的，当触屏显示单元5接收到来自CPU单元309发送的能量设备工作状态数据时，信号转换器405可将有线网络信号转换为无线网络信号，进而将能量设备工作数据传递至监控人员的智能终端设备上，从而通过智能终端设备也可实现监控并设置该装置的运行数据。
图4为本申请实施例的光伏储能一体柜中光伏储能电气装置的运行模式判定方法流程图。如图4所示，将附件单元4中的各个保护控制器都闭合后，装置开始工作。此时，CPU单元309利用其实时接收到的控制指令及数据以及第一～四数据组的数据，解析并计算出蓄电池当前电量、光伏组串当前输出电压、光伏组串当前发电功率、离网设备需求功率等参数，根据预设的光伏组串电压启动阈值、蓄电池满电量阈值和蓄电池亏电电量阈值，并利用运行模式判定方法，对该装置所属目标运行模式进行判定。其中，上述运行模式判定方法满足如下过程：第一，比较光伏组串当前输出电压和光伏组串电压启动阈值，判定光伏组串设备是否具备光伏发电条件。其次，当光伏组串具备光伏发电条件时，比较光伏组串当前发电功率和离网设备需求功率，进一步判定光伏组串设备是否满足离网设备的用电需求，若光伏组串设备满足离网设备的用电需求，进一步比较蓄电池当前电量和蓄电池满电量阈值，判定蓄电池是否处于满电量状态；若光伏组串设备不满足离网设备的用电需求，进一步比较蓄电池当前电量和蓄电池亏电电量阈值，判定蓄电池是否处于亏电状态。最后，当光伏组串设备不具备光伏发电条件时，进一步判定蓄电池是否处于亏电状态。
再次参考图4，首先，将光伏组串当前输出电压与光伏组串电压启动阈值进行比较，若光伏组串当前输出电压超过光伏组串电压启动阈值，光伏组串具备光伏发电条件，则进入流程A；若光伏组串当前输出电压小于或等于光伏组串电压启动阈值，光伏组串不具备光伏发电条件，则进入流程B。
当进入流程A后，首先，利用离网设备需求功率P2与光伏组串当前发电功率P1，比较二者大小，进一步对光伏组串设备是否满足离网设备的用电需求进行判定。若P2≤P1时，光伏组串设备满足离网设备用电需求，则利用蓄电池当前电量和蓄电池满电量阈值，进一步判断蓄电池是否充满，判断阀值为95％，当蓄电池当前电量低于95％时，蓄电池处于未充满状态，则进入第一运行模式，确定离网负载设备由光伏组串供电，P1与P2的差额功率为蓄电池充电，向单向直流变换器301、双向直流变换器303和单向直交变换器304分别发送所述变换器启动指令脉冲，即变换器301、303和304同时工作(参考图2)，将光伏能量输送至离网输出端和蓄电池；当蓄电池当前电量大于或等于95％时，蓄电池处于已充满状态，则进入第二运行模式，确定离网负载设备由光伏组串供电，P1与P2差额功率回馈电网，向单向直流变换器301、双向直交变换器302和单向直交变换器304分别发送变换器启动指令脉冲，即变换器301、302和304同时工作(参考图2)，将光伏能量输送至离网负载设备和电网。若P2>P1时，光伏组串设备不满足离网设备用电需求，则利用蓄电池当前电量和蓄电池亏电电量阈值，进一步判断蓄电池是否处于亏电状态，判断阀值为15％，当蓄电池当前电量高于15％时，蓄电池处于不亏电状态，则进入第三运行模式，确定离网负载设备由光伏组串供电，P1与P2的差额功率由蓄电池补充，向单向直流变换器301、双向直流变换器303和单向直交变换器304分别发送变换器启动指令脉冲，即变换器301、303和304同时工作(参考图2)，将光伏能量和蓄电池能量输送至离网输出端；当蓄电池当前电量小于或等于15％时，蓄电池处于亏电状态，则进入第四运行模式，确定离网负载设备由光伏组串供电，P1与P2的差额功率由电网补充，向单向直流变换器301、双向直交变换器302和单向直交变换器304分别发送变换器启动指令脉冲，即变换器301、302和304同时工作(参考图2)，将光伏能量和电网能量输送至离网负载设备。
当进入流程B后，利用蓄电池当前电量和蓄电池亏电电量阈值，进一步判定蓄电池是否处于亏电状态，判断阀值为15％，当蓄电池当前电量高于15％时，蓄电池处于不亏电状态，则进入第五运行模式，认为蓄电池还有电，最终确定离网负载设备由蓄电池提供电源，向双向直流变换器303和单向直交变换器304分别发送变换器启动指令脉冲，即变换器303和304同时工作(参考图2)，将蓄电池能量输送至离网负载设备；当蓄电池当前电量小于或等于15％时，蓄电池处于亏电状态，则进入第六运行模式，认为蓄电池亏电，最终确定离网负载设备由电网提供电源，向双向直交变换器302和单向直交变换器304分别发送变换器启动指令脉冲，即变换器302和304同时工作(参考图2)，将电网能量输送至离网负载设备。
需要说明的是，本申请针对上述光伏组串电压启动阈值、蓄电池满电量阈值和蓄电池亏电电量阈值的数值不作具体限定，本申请实施人员可根据实际需求进行调整。
本发明的光伏储能一体化机柜具备三路供电电源：蓄电池、光伏组串设备、电网，并将其控制体统集成于一体，不仅可提高为负载设备供电的可靠性，而且实现了光伏储能系统的即装即用，减小了系统的成本，同时具备完善的保护机制和装置运行模式判定方法，实现系统的无线控制，整体更加人性化；还可针对用户的使用环境，选择与应用环境匹配的供电系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (11)
1.一种光伏储能一体化机柜，其特征在于，所述一体化机柜与包括光伏组串设备、电网以及离网设备的能量设备连接，其包括柜体并集成有光伏储能电气装置，所述柜体采用层式结构，所述光伏储能电气装置具备：
储能电池单元，其包括蓄电池，所述蓄电池集成电池管理系统，实时发送电源管理数据包；
能量变换单元，其基于获取到的所述光伏组串设备的光伏能量和蓄电池能量，从而获取包括当前光伏组串电流信息和电压信息、具备所述电源管理数据包的蓄电池电流信息和电压信息以及离网设备电流信息和电压信息的能量设备原始数据，进一步得到能量设备工作状态数据，根据所述能量设备工作状态数据以及预设的光伏组串电压启动阈值、蓄电池满电量阈值和蓄电池亏电电量阈值，利用运行模式判定方法，判定所述一体化机柜的目标运行模式，控制所述离网设备输出的离网电能量，所述能量设备工作状态数据包括蓄电池当前电量、光伏组串当前输出电压、光伏组串当前发电功率以及离网设备需求功率；
附件单元，其具备分别与所述光伏组串设备、所述电网、所述蓄电池以及所述离网设备连接的保护控制器，各所述保护控制器分别检测所在电路的运行情况，输出对应能量设备的隔离保护信号，保护各对应能量设备及其所在电路；
触屏显示单元，其与所述能量变换单元连接，解析输入的控制指令及数据，将解析结果发送至所述能量变换单元，并显示所述能量变换单元发送的所述能量设备工作状态数据。
2.根据权利要求1所述的一体化机柜，其特征在于，
所述能量变换单元，其还获取所述电网的交流电能量，从而获取并分析还包括电网电流信息和电压信息的所述能量设备原始数据，得到包括所述电网的所述能量设备工作状态数据。
3.根据权利要求1或2所述的一体化机柜，其特征在于，进一步，所述能量变换单元具备：
第一子电路，其包括与直流母线连接的单向直流变换器、以及与所述单向直流变换器连接的单向直流变换器驱动电路，所述第一子电路将所述光伏能量变换成所述直流母线上的直流电能量，并得到包括所述光伏组串电流信息和电压信息的第一数据组；
第二子电路，其包括与直流母线连接的双向直交变换器、以及与所述双向直交变换器连接的双向直交变换器驱动电路，所述第二子电路将所述直流电能量转换成所述电网的所述交流电能量或将所述电网的所述交流电能量转换成所述直流电能量，并得到包括所述电网电流信息和电压信息的第二数据组；
第三子电路，其包括与直流母线连接的双向直流变换器、以及与所述双向直流变换器连接的双向直流变换器驱动电路，所述第三子电路将所述蓄电池能量转换成所述直流电能量或将所述直流电能量转换成所述蓄电池能量，并得到包括所述蓄电池电流信息和电压信息的第三数据组；
第四子电路，其包括与直流母线连接的单向直交变换器、以及与所述单向直交变换器连接的单向直交变换器驱动电路，所述第四子电路将所述直流电能量转换成所述离网电能量，并得到包括所述离网设备电流信息和电压信息的第四数据组；
CPU单元，其与所述触屏显示单元、所述第一子电路、所述第二子电路、所述第三子电路以及所述第四子电路连接，接收并解析包括所述第一数据组、所述第三数据组、所述第四数据组、和/或所述第二数据组的所述能量设备原始数据，计算得到所述能量设备工作状态数据，进一步，判定所述一体化机柜的所述目标运行模式，输出对应所述第一子电路、所述第二子电路、所述第三子电路和所述第四子电路的启动指令脉冲以及若干参数设置脉冲。
4.根据权利要求3所述的一体化机柜，其特征在于，进一步，所述附件单元具备：
光伏组串保护控制器，其分别与所述光伏组串设备和所述单向直流变换器连接；
蓄电池保护控制器，其分别与所述蓄电池和所述双向直流变换器连接；
并网保护控制器，其分别与所述电网和所述双向直交变换器连接；
离网保护控制器，其分别与所述离网设备和所述单向直交变换器连接；
当所述光伏组串保护控制器、所述蓄电池保护控制器、所述并网保护控制器以及所述离网保护控制器各自所属电路出现故障时，分别输出隔离保护信号，将所述光伏储能电气装置与其所属的所述能量设备隔离。
5.根据所述权利要求1～4中任一项所述的一体化机柜，其特征在于，所述附件单元还包括：
信号转换器，其与所述触屏显示单元和智能终端设备连接，通过将无线网络信号转换为有线网络信号，接收从所述智能终端设备发送的所述控制指令及数据，并将其传输至所述触屏显示单元；
所述信号转换器，其还通过将所述有线网络信号转换为所述无线网络信号，接收从所述触屏显示单元发送的所述能量设备工作状态数据，并将其传输至所述智能终端设备。
6.一种光伏储能一体化机柜的运行方法，所述一体化机柜如上权利要求1～5中任一项所述，其特征在于，
闭合所述附件单元的各个保护控制器；
获取所述光伏组串设备的所述光伏能量和所述蓄电池能量，从而获取包括当前所述光伏组串电流信息和电压信息、具备所述电源管理数据包的所述蓄电池电流信息和电压信息以及所述离网设备电流信息和电压信息的所述能量设备原始数据，进一步得到所述能量设备工作状态数据，根据所述能量设备工作状态数据以及预设的所述光伏组串电压启动阈值、所述蓄电池满电量阈值和所述蓄电池亏电电量阈值，利用所述运行模式判定方法，判定所述一体化机柜的所述目标运行模式，所述能量设备工作状态数据包括所述蓄电池当前电量、所述光伏组串当前输出电压、所述光伏组串当前发电功率以及所述离网设备需求功率；
根据对应的所述目标运行模式，控制所述离网设备输出的所述离网电能量。
7.根据权利要求6所述的运行方法，其特征在于，进一步，所述运行模式判定方法包括如下步骤：
比较所述光伏组串当前输出电压和所述光伏组串电压启动阈值，判定所述光伏组串设备是否具备光伏发电条件，其中，
当所述光伏组串具备光伏发电条件时，比较所述光伏组串当前发电功率和所述离网设备需求功率，进一步判定所述光伏组串设备是否满足所述离网设备的用电需求，若所述光伏组串设备满足所述离网设备的用电需求，进一步比较所述蓄电池当前电量和所述蓄电池满电量阈值，判定所述蓄电池是否处于满电量状态，若所述光伏组串设备不满足所述离网设备的用电需求，进一步比较所述蓄电池当前电量和所述蓄电池亏电电量阈值，判定所述蓄电池是否处于亏电状态；
当所述光伏组串设备不具备光伏发电条件时，进一步判定所述蓄电池是否处于亏电状态。
8.根据权利要求6或7所述的运行方法，其特征在于，所述目标运行模式包括：所述光伏组串设备具备光伏发电条件下的第一运行模式、第二运行模式、第三运行模式和第四运行模式，其中，
当所述光伏组串设备具备光伏发电条件且所述光伏组串设备满足所述离网设备的用电需求时，若所述蓄电池处于未满电量状态，则判定为第一运行模式；
当所述光伏组串设备具备光伏发电条件且所述光伏组串设备满足所述离网设备的用电需求时，若所述蓄电池处于满电量状态，则判定为第二运行模式；
当所述光伏组串设备具备光伏发电条件时，若所述光伏组串设备不满足所述离网设备的用电需求且所述蓄电池处于不亏电状态，则判定为第三运行模式；
当所述光伏组串设备具备光伏发电条件时，若所述光伏组串设备不满足所述离网设备的用电需求且所述蓄电池处于亏电状态，则判定为第四运行模式。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的运行方法，其特征在于，所述目标运行模式还包括：所述光伏组串设备不具备光伏发电条件下的第五运行模式和第六运行模式，其中，当所述光伏组串设备不具备光伏发电条件时，若所述蓄电池处于不亏电状态，则判定为第五运行模式；
当所述光伏组串设备不具备光伏发电条件时，若所述蓄电池处于亏电状态，则判定为第六运行模式。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的运行方法，其特征在于，
若所述目标运行模式为所述第一运行模式，向所述第一子电路、所述第三子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第一子电路、所述第三子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述光伏能量传递至所述离网设备和所述蓄电池；
若所述目标运行模式为所述第二运行模式，向所述第一子电路、所述第二子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第一子电路、所述第二子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述光伏能量输送至所述离网设备和所述电网；
若所述目标运行模式为所述第三运行模式，向所述第一子电路、所述第三子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第一子电路、所述第三子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述光伏能量和所述蓄电池能量输送至所述离网设备；
若所述目标运行模式为所述第四运行模式，向所述第一子电路、所述第二子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第一子电路、所述第二子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述光伏能量和所述电网的所述交流电能量传递至所述离网设备。
11.根据权利要求6～10中任一项所述的运行方法，其特征在于，
若所述目标运行模式为所述第五运行模式，向所述第三子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第三子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述蓄电池能量传输送至所述离网设备；
若所述目标运行模式为所述第六运行模式，向所述第二子电路和所述第四子电路分别发送所述启动指令脉冲，所述第二子电路和所述第四子电路同时工作，并将所述电网的所述交流电能量传递至所述离网设备。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190312 |
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