CN109546654A - 一种共源式整流光伏二合一电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种共源式整流光伏二合一电源系统，包括：交流供电模块，为负载提供交流用电，交流供电模块与负载之间设有交流电输入主继电器；直流供电模块，采用光伏发电为负载提供直流用电，直流供电模块与负载之间设有直流电输入主继电器；中央处理器，择一控制交流电输入主继电器或直流电输入主继电器工作，从而自动控制交流供电模块和直流供电模块的接入或断开；交流电输入主继电器与直流电输入主继电器互锁，以确保同一时间只有一个供电模块为负载供电。本发明将直流供电模块与交流供电模块二合一，通过两个互锁的继电器相互切换实现直流供电模块与交流供电模块兼容使用，实现了光伏模块的共源式工作模式。
Description
技术领域
本发明涉及交直流转换领域，尤其涉及一种共源式整流光伏二合一电源系统。
背景技术
目前在使用市电/油机与太阳能用电进行使用时，如图1所示市电/油机经AC/DC模块输入电源系统，光伏电池板/蓄电池经分立式光伏模块输入电源系统。
当光伏模块输出不足以支持负载并给蓄电池充电时，或者蓄电池电量不足时，就需要接入市电/油机，市电/油机通过AC/DC模块给蓄电池充电的同时给负载供电,此时光伏模块无输出；当光伏模块输出不足且没有市电/油机输入时，由电池给负载供电。
采用目前的供电方式存在如下缺陷，1、现有方案中，太阳能电池板的直流输入与市电/油机的交流输入，需要分别通过分立式光伏模块和AC/DC模块接入系统，当一套系统使用时，另一套系统闲置，系统之间互不兼容，占用设备空间，效率不高；2、分立式光伏模块需要按每个模块的最大接入限额连接太阳能电池板，彼此间没有互通，无法共享，当接入某个模块的光伏板子阵在弱光时输出不足，影响该模块的输出效率。
有鉴于此，有必要对现有的供电方式予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明提供了一种共源式整流光伏二合一电源系统，直流输入与交流输入二合一，通过继电器切换实现直流与交流兼容使用的共源式整流光伏二合一电源系统。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种共源式整流光伏二合一电源系统，包括：
交流供电模块，为负载提供交流用电，所述交流供电模块与负载之间设有交流电输入主继电器J1；
直流供电模块，采用光伏发电为负载提供直流用电，所述直流供电模块与负载之间设有直流电输入主继电器J2；
中央处理器，择一控制交流电输入主继电器J1或直流电输入主继电器J2工作，从而自动控制交流供电模块和直流供电模块的接入或断开；
所述交流电输入主继电器J1与直流电输入主继电器J2互锁，以确保同一时间只有一个供电模块为负载供电。
本发明将直流供电模块与交流供电模块二合一，通过两个互锁的继电器相互切换实现直流供电模块与交流供电模块兼容使用，实现了光伏模块的共源式工作模式。
作为本发明的进一步改进，还包括自动识别模块，该自动识别模块识别当前为负载供电的是直流供电模块或交流供电模块，所述自动识别模块与中央处理器电连接。本发明通过设置自动识别模块来识别当前为直流供电模块或交流供电模块供电，当交流供电模块供电时，中央处理器控制交流输入通路开启、直流输入通路关闭；当交流供电模块无法供电时，中央处理器控制直流输入通路开启、交流输入通路关闭。
作为本发明的进一步改进，所述中央处理器还用于判断直流供电模块输出是否充足，若直流供电模块输出不足，中央处理器接通交流电输入主继电器J1，使交流供电模块为负载供电。本发明采用中央处理器判断直流供电模块输出是否正当，当直流供电模块输出不足立马控制交流电输入主继电器J1吸合，使交流供电模块为负载供电。
作为本发明的进一步改进，所述交流供电模块为市电供电系统或油机供电系统，所述直流供电模块为太阳能光伏板阵系统。
作为本发明的进一步改进，所述太阳能光伏板阵系统由多个太阳能光伏板子阵组成，每个太阳能光伏板子阵中设有多个PV板，多个PV板的电能汇流后输送到共源式整流/光伏模块组，所述共源式整流/光伏模块组与负载电连接。本发明的太阳能光伏板阵系统分为不同的子阵，对应接入分立式模块；共源式模块的接入方式是将所有太阳能电池板整体接入，避免子阵单独接入模块，提高整体效率。
作为本发明的进一步改进，所述共源式整流/光伏模块组是由多个共源式整流/光伏模块排列而成的，所述多个PV板的电能汇流后再分流给多个共源式整流/光伏模块，每个所述共源式整流/光伏模块均与负载电连接。在本发明中，当太阳能光伏板阵系统低功率输出时，保障最少数量的模块满载工作，其余模块待机，提高效率，减少功耗，记录运行时间，轮流休息。
作为本发明的进一步改进，多个PV板分别与汇流盒接入的正副电缆接通，所述汇流盒通过共源模块插排分别与多个共源式整流/光伏模块接通。
作为本发明的进一步改进，多个所述共源式整流/光伏模块工作状态通过中央处理器控制。
作为本发明的进一步改进，所述交流电输入主继电器J1的一端接入交流供电模块，直流电输入主继电器J2的一端接入直流供电模块，交流电输入主继电器J1的另一端和直流电输入主继电器J2的另一端并联，作为一体化电源的输入端。
作为本发明的进一步改进，交流电输入主继电器J1的工作回路中串入直流电输入主继电器J2的一对副触点J2-2和控制继电器的KJ1控制触点；
直流电输入主继电器J2的工作回路中串入交流电输入主继电器J1的一对副触点J1-2和控制继电器的KJ2控制触点，副触点J2-2和副触点J1-2组成互锁回路。
附图说明
图1为交流供电模块和直流供电模块切换的原理图；
图2为共源式整流光伏二合一电源系统的电路图；
图3为共源式光伏模块接线方式结构框图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
实施例1：
为了解决现有方案中，太阳能电池板的直流输入与市电/油机的交流输入，需要分别通过分立式光伏模块和AC/DC模块接入系统，当一套系统使用时，另一套系统闲置，系统之间互不兼容，占用设备空间，效率不高的问题，本实施例提供了一种共源式整流光伏二合一电源系统，如图1所示，包括交流供电模块、直流供电模块和中央处理器，其中；
交流供电模块为负载提供交流用电，交流供电模块与负载之间设有交流电输入主继电器J1；
直流供电模块采用光伏发电为负载提供直流用电，直流供电模块与负载之间设有直流电输入主继电器J2；
中央处理器择一控制交流电输入主继电器J1或直流电输入主继电器J2工作，从而自动控制交流供电模块和直流供电模块的接入或断开；
交流电输入主继电器J1与直流电输入主继电器J2互锁，以确保同一时间只有一个供电模块为负载供电。
本实施例将直流供电模块与交流供电模块二合一，通过两个互锁的继电器相互切换实现直流供电模块与交流供电模块兼容使用，实现了光伏模块的共源式工作模式。
本实施例的直流供电模块与交流供电模块切换方式的原理图如图1所示，交流电输入主继电器J1的一端接入交流供电模块，直流电输入主继电器J2的一端接入直流供电模块，交流电输入主继电器J1的另一端和直流电输入主继电器J2的另一端并联，作为一体化电源的输入端。交流电输入主继电器J1的工作回路中串入直流电输入主继电器J2的一对副触点J2-2和控制继电器的KJ1控制触点；
直流电输入主继电器J2的工作回路中串入交流电输入主继电器J1的一对副触点J1-2和控制继电器的KJ2控制触点，副触点J2-2和副触点J1-2组成互锁回路。使交流供电模块或直流供电模块的工作，成为唯一的能源供给端，防止误动作造成系统的故障。
控制继电器KJ1和KJ2，可以通过系统的CPU（中央处理器）来控制PV直流电和交流电的接入或断开，完成自动控制。
由于本实施例的共源式整流光伏二合一电源系统还需要获取到当前为直流供电模块或交流供电模块供电，因此本实施例的共源式整流光伏二合一电源系统还包括自动识别模块，该自动识别模块识别当前为负载供电的是直流供电模块或交流供电模块，自动识别模块与中央处理器电连接。本实施例通过设置自动识别模块来识别当前为直流供电模块或交流供电模块供电，当交流供电模块供电时，中央处理器控制交流输入通路开启、直流输入通路关闭；当交流供电模块无法供电时，中央处理器控制直流输入通路开启、交流输入通路关闭。
需指出，本实施例的中央处理器还用于判断直流供电模块输出是否充足，若直流供电模块输出不足，中央处理器接通交流电输入主继电器J1，使交流供电模块为负载供电。本实施例采用中央处理器判断直流供电模块输出是否正当，当直流供电模块输出不足立马控制交流电输入主继电器J1吸合，使交流供电模块为负载供电。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例的交流供电模块为市电供电系统或油机供电系统，直流供电模块为太阳能光伏板阵系统。
为了克服分立式光伏模块需要按每个模块的最大接入限额连接太阳能电池板，彼此间没有互通，无法共享，当接入某个模块的光伏板子阵在弱光时输出不足，影响该模块的输出效率。本实施例的共源式整流光伏二合一电源系统中，太阳能光伏板阵系统由多个太阳能光伏板子阵组成，每个太阳能光伏板子阵中设有多个PV板，多个PV板的电能汇流后输送到共源式整流/光伏模块组，共源式整流/光伏模块组与负载电连接。本实施例的太阳能光伏板阵系统分为不同的子阵，对应接入分立式模块；共源式模块的接入方式是将所有太阳能电池板整体接入，避免子阵单独接入模块，提高整体效率。
优选共源式整流/光伏模块组是由多个共源式整流/光伏模块排列而成的，多个PV板的电能汇流后再分流给多个共源式整流/光伏模块，每个共源式整流/光伏模块均与负载电连接。在本实施例中，当太阳能光伏板阵系统低功率输出时，保障最少数量的模块满载工作，其余模块待机，提高效率，减少功耗，记录运行时间，轮流休息。例如：若太阳能光伏板阵系统输出功率为5kW，单个共源式整流/光伏模块功率为3kW，此时，启动1号共源式整流/光伏模块满载，2号共源式整流/光伏模块2kW负载。当太阳能光伏板阵系统功率增加到10kW时，2号共源式整流/光伏模块增加到满载，3号共源式整流/光伏模块满载，4号共源式整流/光伏模块1kW负载。
多个PV板分别与汇流盒接入的正副电缆接通，汇流盒通过共源模块插排分别与多个共源式整流/光伏模块接通。多个共源式整流/光伏模块工作状态通过中央处理器控制。
实施例3：
在实施例2的基础上，参照图3，本实施例给出了一个优选实施方式，该实施方式具体是：
具体的是太阳能光伏板阵的直流输入，或市电/油机的交流输入，通过自动识别切换/互锁模块，判断是哪种输入；有市电/油机开启时：自动识别互锁模块中的交流输入通路开启，直流输入通路关闭；整流/光伏模块中的AC/DC功能部分启用，将交流输入转换为直流输出，为负载提供电量，给蓄电池充电；没有市电/有日照使得光伏输入可以承担负载并给蓄电池充电，关闭油机接入光伏直流输入时：自动识别互锁模块中的直流输入开启，交流输入通路关闭；整流/光伏模块中的DC/DC(含MPPT)功能部分启用，对光伏板进行最大功率追踪，将光伏板高压且波动范围大的直流输入转换为需求电压等级稳定输出，为负载提供电量，给蓄电池充电。
本实施例中采用的共源式工作模式二合一模块接入光伏板直流输入时相对于分立模式的优化。分立模式下，太阳能电池板分为不同的子阵，对应接入分立式模块；共源式模块的接入方式是将所有太阳能电池板整体接入，避免子阵单独接入模块，提高整体效率；
目前采用的分立式光伏模块接线方式对应太阳能光伏PV板子阵的两条线缆（一正一副），由于每个分立式模块均需要两条线缆，因此系统使用的分立模块数量增加时，系统整体接入的线缆长度与模块数量成比例增加。
为实现上述目的，太阳能光伏板阵供电系统是由多个太阳能光伏板子阵组成，每个太阳能光伏板子阵中设有多个PV板，的共源式整流/光伏模块是多个排列而成，该多个PV板分别与汇流盒接入的正副电缆接通，的汇流盒与通过共源模块插排分别与多个共源式整流/光伏模块接通。
共源式光伏模块整体接入太阳能光伏PV板阵，因此一套使用共源式光伏模块的电源系统，光伏直流输入一共只需要两条线缆（一正一副），免去了为每个共源式整流/光伏模块都接入正负两根线缆，总体上节约了系统线缆。分立式光伏模块接入对应太阳能光伏PV板子阵的两条线缆（一正一副），也就是说每个分立式模块接入的光伏PV板子阵总量。一套使用共源式光伏模块的电源系统，光伏直流输入通过两条线缆（一正一副），将能量输入电源系统，系统中每个共源式整流/光伏模块通过共源插排，共享承担太阳能PV板阵的总体能量。
采用上述技术可以是本系统在工作时可以进行轮值工作模式，保障每台机器的运行时间相近，机器运行采用轮休机制；
当电池板低功率输出时，保障最少数量的机器满载工作，其余机器待机，提高效率，减少功耗，记录运行时间，轮流休息；（模块按照电池板输出功率的大小顺序启动机器，当启动的机器达到满载时，才会启动下一个机器，内部计算机器运行时间，运行时间较少的优先启动）。
若共源式整流/光伏模块有1~6号模块。光伏电池板输出功率为5kW，单个模块功率为3kW，此时，启动1号模块满载，2号模块2kW负载。当电池板功率增加到10kW时，2号模块增加到满载，3号模块满载，4号模块1kW负载。运行时间较少的模块，最先启机工作。
实施例4：
在实施例1-实施例3的基础上，参照图1和图2，本实施例公开的技术方案如下：
如图1所示，J1--交流电输入主继电器；J2---PV输入主继电器；KJ1--交流电输入控制继电器；KJ2--PV输入控制继电器；J1-1--交流电输入主继电器主触点；J1-2--交流电输入主继电器副触点；J2-1--PV输入主继电器主触点；J2-2--PV输入主继电器副触触点。
图1的工作原理是：工作原理：
交流电输入主继电器J1的一端接入380V、三相50Hz的交流电。太阳能光伏PV输入主继电器J2的一端接入太阳能方阵PV。交流电输入主继电器J1的另端和PV输入主继电器J2的另一端并联，作为一体化电源的输入端。
在交流电输入主继电器J1控制线包的工作回路中串入PV输入主继电器J2的一对副触触点J2-2和控制继电器的KJ1控制触点。在PV输入主继电器J2控制线包的工作回路中串入交流电输入主继电器J1的一对副触触点J1-2和控制继电器的KJ2控制触点。J2-2和J1-2组成互锁回路。使交流电或PV直流电的工作，成为唯一的能源供给端，防止误动作造成系统的故障。
控制继电器KJ1和KJ2，可以通过系统的CPU来控制PV直流电和交流电的接入或断开，完成自动控制。
如图2所示，由L-AC-input和N-AC-input组成交流输入回路；由PV+input和PV-input组成太阳能方阵直流输入回路。
设备在输入端口无论是接入交流还是直流电源时，均通过电阻R5和软启动继电器K完成设备的软启动。软启动时间3～10秒。
变换设备是由：输入电压差分检测单元、整流单元、PFC（功率因数）单元和LLC谐振变换单元组成。变换设备在无输入状态时，控制继电器J2-1的触点是常闭状态。K、J1-1和J1-2的触点在常开状态。
输入电压差分检测单元：当设备输入口在接入电源后，由差分单元对输入的电源进行整理，将结果通过CPU1送入CPU。CPU对输入的信号进行判断，分出电源的特性和电源的电压幅度。
如输入的是交流电时，CUP给CUP5\CPU6\CPU7下发指令，打开控制继电器J2-1的触点是常闭状态，J1-1和 J1-2的触点维持常开状态；
如输入的是直流电时，CUP给CUP5\CPU6\CPU7下发指令，使控制继电器J2-1的触点在常闭状态，控制继电器J1-1和 J1-2的触点在闭合状态；短路整流单元，接入电容C4，完成直流的转换。
增加控制继电器J1的目的，是为了减低在直流工作时，整流单元的功率损耗。
增加控制继电器J2的目的，是变换设备在交流工作时，不能接入电容C4而影响PFC功率因数补偿单元的工作。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种共源式整流光伏二合一电源系统，其特征在于，包括：
交流供电模块，为负载提供交流用电，所述交流供电模块与负载之间设有交流电输入主继电器J1；
直流供电模块，采用光伏发电为负载提供直流用电，所述直流供电模块与负载之间设有直流电输入主继电器J2；
中央处理器，择一控制交流电输入主继电器J1或直流电输入主继电器J2工作，从而自动控制交流供电模块和直流供电模块的接入或断开；
所述交流电输入主继电器J1与直流电输入主继电器J2互锁，以确保同一时间只有一个供电模块为负载供电。
2.根据权利要求1所述的共源式整流光伏二合一电源系统，其特征在于，还包括自动识别模块，该自动识别模块识别当前为负载供电的是直流供电模块或交流供电模块，所述自动识别模块与中央处理器电连接。
3.根据权利要求1所述的共源式整流光伏二合一电源系统，其特征在于，所述中央处理器还用于判断直流供电模块输出是否充足，若直流供电模块输出不足，中央处理器接通交流电输入主继电器J1，使交流供电模块为负载供电。
4.根据权利要求1-3任一项所述的共源式整流光伏二合一电源系统，其特征在于，所述交流供电模块为市电供电系统或油机供电系统，所述直流供电模块为太阳能光伏板阵系统。
5.根据权利要求4所述的共源式整流光伏二合一电源系统，其特征在于，所述太阳能光伏板阵系统由多个太阳能光伏板子阵组成，每个太阳能光伏板子阵中设有多个PV板，多个PV板的电能汇流后输送到共源式整流/光伏模块组，所述共源式整流/光伏模块组与负载电连接。
6.根据权利要求5所述的共源式整流光伏二合一电源系统，其特征在于，所述共源式整流/光伏模块组是由多个共源式整流/光伏模块排列而成的，所述多个PV板的电能汇流后再分流给多个共源式整流/光伏模块，每个所述共源式整流/光伏模块均与负载电连接。
7.根据权利要求6所述的共源式整流光伏二合一电源系统，其特征在于，多个PV板分别与汇流盒接入的正副电缆接通，所述汇流盒通过共源模块插排分别与多个共源式整流/光伏模块接通。
8.根据权利要求6所述的共源式整流光伏二合一电源系统，其特征在于，多个所述共源式整流/光伏模块工作状态通过中央处理器控制。
9.根据权利要求1所述的共源式整流光伏二合一电源系统，其特征在于，所述交流电输入主继电器J1的一端接入交流供电模块，直流电输入主继电器J2的一端接入直流供电模块，交流电输入主继电器J1的另一端和直流电输入主继电器J2的另一端并联，作为一体化电源的输入端。
10.根据权利要求9所述的共源式整流光伏二合一电源系统，其特征在于，交流电输入主继电器J1的工作回路中串入直流电输入主继电器J2的一对副触点J2-2和控制继电器的KJ1控制触点；
直流电输入主继电器J2的工作回路中串入交流电输入主继电器J1的一对副触点J1-2和控制继电器的KJ2控制触点，副触点J2-2和副触点J1-2组成互锁回路。
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