CN117543707A - 一种光伏建筑一体化的直流微电网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏建筑一体化的直流微电网系统，属于微电网技术领域。一种光伏建筑一体化的直流微电网系统，包括光伏系统、直流母线、功率检测模块、控制模块、高压变换器、高压子线、低压变换器、低压子线、高压储能模块、高压负载、低压储能模块、低压负载；光伏系统安装在建筑物表面，用于将光能转化为电能；光伏系统、功率检测模块均串联接入直流母线，功率检测模块用于监测光伏系统的输出功率；高压变换器、低压变换器均并联接入直流母线；高压变换器、高压储能模块、高压负载均并联接入高压子线；低压变换器、低压储能模块、低压负载均并联接入低压子线，控制模块用于接收功率检测模块的信号，并控制高压变换器、低压变换器运作。
Description
技术领域
本发明涉及微电网技术领域，更具体地说，涉及一种光伏建筑一体化的直流微电网系统。
背景技术
光伏建筑一体化是指将光伏发电系统与建筑物相结合，使建筑本身具备发电功能。这种技术可以通过在建筑外墙、屋顶、遮阳设施等部位安装光伏组件，利用太阳能发电，从而减少对传统能源的依赖，降低建筑的能耗并减少环境污染。
光伏建筑一体化技术的发展有助于提升建筑的能源利用效率，推动可再生能源利用，实现建筑节能减排目标。此外，光伏建筑一体化还可以改善城市建筑环境，提升建筑的可持续性和绿色性能。
建筑物表面的光伏发电系统的输出功率与电压受到光照强度与温度的影响较大；当光照强度变化时，光伏阵列的输出电压也会相应变化，从而引起高电压输出的波动；当温度上升时，光伏电池的输出电压通常会下降，因此，光伏发电系统中的温度变化也会导致高电压输出的波动。
在将光伏系统借助变换器接入电网时，电压的波动会影响电路的稳定性与负载的正常运作。为了增加光伏系统供电的稳定性，提升光伏系统的利用率，我们提出一种光伏建筑一体化的直流微电网系统。
发明内容
1.要解决的技术问题。
本发明的目的在于提供一种光伏建筑一体化的直流微电网系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
2.技术方案。
一种光伏建筑一体化的直流微电网系统，包括光伏系统、直流母线、功率检测模块、控制模块、高压变换器、高压子线、低压变换器、低压子线、高压储能模块、高压负载、低压储能模块、低压负载；所述光伏系统安装在建筑物表面，用于将光能转化为电能；所述光伏系统、功率检测模块均串联接入直流母线，所述功率检测模块用于监测光伏系统的输出功率；所述高压变换器、低压变换器均并联接入直流母线；所述高压变换器、高压储能模块、高压负载均并联接入高压子线；所述低压变换器、低压储能模块、低压负载均并联接入低压子线，所述控制模块用于接收功率检测模块的信号，并控制高压变换器、低压变换器运作。
作为本申请技术方案的一种可选方案，在光伏系统的实际输出功率超过设定的第一阈值时，控制模块控制高压变换器工作。
作为本申请技术方案的一种可选方案，在光伏系统的实际输出功率未超过设定的第一阈值时，控制模块控制低压变换器工作。
作为本申请技术方案的一种可选方案，所述光伏系统内的光伏发电单元之间相互并联并接入直流母线。
作为本申请技术方案的一种可选方案，在控制模块控制高压变换器工作时，低压变换器处于关闭状态，低压子线由低压储能模块接管，保证低压负载的正常运作。
作为本申请技术方案的一种可选方案，在控制模块控制低压变换器工作时，高压变换器处于关闭状态，高压子线由高压储能模块接管，保证高压负载的正常运作。
作为本申请技术方案的一种可选方案，所述控制模块还用于监测高压变换器、低压变换器的输出电压；当高压变换器的输出电压波动大于预设值时，控制模块将发出信号，控制高压变换器关闭，并开启低压变换器，高压子线由高压储能模块接管。
作为本申请技术方案的一种可选方案，在低压变换器的输出电压波动大于预设值时，低压变换器关闭，低压子线由低压储能模块接管。
作为本申请技术方案的一种可选方案，本系统还包括多个高压接口单元与低压接口单元，多个所述高压接口单元并联接入高压子线与低压子线，多个所述低压接口单元分别并联接入高压子线，外部负载可以通过高压接口单元/低压接口单元接入高压子线/低压子线。
作为本申请技术方案的一种可选方案，高压接口单元内设有第一控制开关，在光伏系统的实际输出功率超过第二阈值时，控制模块控制第一控制开关闭合，外部负载能够通过高压接口单元接入高压子线，所述第二阈值大于第一阈值。
所述低压接口单元内设有第二控制开关，在光伏系统的实际输出功率超过第三阈值并小于第一阈值时，控制模块控制第二控制开关闭合，外部负载能够通过低压接口单元接入低压子线，所述第三阈值小于第一阈值。
3.有益效果。
相比于现有技术，本发明的优点在于。
1.本申请的设计使得光伏系统可以同时为高压和低压负载提供能源，提高了系统的灵活性；依据光伏系统的实际输出功率，自动选择适当的变换器工作，当输出功率低于第一阈值时，选择低压变换器，为低压负载提供稳定的电力供应，能够最大限定的提高能源的利用率，充分利用光伏发电系统的输出能力。
2.本申请通过对高压变换器、低压变换器的输出电压波动进行监测，在电压波动过大时，关闭相应的变换器，并切换能源供应，保证电路中负载的稳定运行。
3.本申请通过设置高压\低压接口单元，能够增加本系统的可扩展性；并结合设定的第二阈值、第三阈值，使得外部负载的接入不会影响高压\低压子线中的高压\低压负载的正常运行，从而保证直接对并联接入高压\低压子线中的高压\低压负载供能的稳定性。
附图说明
图1为本申请一较佳的实施例中公开的光伏建筑一体化的直流微电网系统的整体结构示意图。
图2为本申请一较佳的实施例中公开的光伏建筑一体化的直流微电网系统的整体结构示意图。
图中标号说明：1、光伏系统；2、直流母线；3、功率检测模块；4、控制模块；5、高压变换器；6、高压子线；7、低压变换器；8、低压子线；9、高压储能模块；10、高压负载；11、低压储能模块；12、低压负载；13、高压接口单元；14、低压接口单元；15、第一控制开关；16、第二控制开关。
具体实施方式
实施例1。
请参阅图1-2,本发明提供一种技术方案。
一种光伏建筑一体化的直流微电网系统，包括光伏系统1、直流母线2、功率检测模块3、控制模块4、高压变换器5、高压子线6、低压变换器7、低压子线8、高压储能模块9、高压负载10、低压储能模块11、低压负载12；光伏系统1安装在建筑物表面，用于将光能转化为电能；光伏系统1、功率检测模块3均串联接入直流母线2，功率检测模块3用于监测光伏系统1的输出功率；高压变换器5、低压变换器7均并联接入直流母线2；高压变换器5、高压储能模块9、高压负载10均并联接入高压子线6；低压变换器7、低压储能模块11、低压负载12均并联接入低压子线8，控制模块4用于接收功率检测模块3的信号，并控制高压变换器5、低压变换器7运作。
在此种实施方式中，光伏系统1将光能转化为直流电能，控制模块4通过监测直流母线2内的电流与电压计算出光伏系统1的实际输出功率，控制模块4依据光伏系统1的实际输出功率，控制高压变换器5或低压变换器7工作。
在光伏系统1的实际输出功率超过设定的第一阈值时，控制模块4控制高压变换器5工作，将光伏系统1的输出电压升压至几百伏，以满足高压储能模块9、高压负载10的需求；在光伏系统1的实际输出功率未超过设定的第一阈值时，控制模块4控制低压变换器7工作，将光伏系统1的输出电压升压至几十伏，以满足低压储能模块11、低压负载12的需求；能够最大限定的提高能源的利用率，充分利用光伏发电系统的输出能力；高压变换器5、低压变换器7根据负载的类型可以选择DC-DC变换器或DC-AC变换器。
此外，为了增加光伏系统1的稳定性，光伏系统1内的光伏发电单元之间相互并联并接入直流母线2，单个光伏发电单元出现故障或阴影遮挡，其他并联连接的光伏发电单元仍然能够正常工作，光伏系统1的能源产生不会受到影响；为了延长光伏系统1的稳定性，每个光伏发电单元上均可以安装有功率优化器，通过功率优化器监测每个光伏发电单元的输出功率，并根据实际情况对其进行调节，以确保所有光伏单元的输出电流尽可能均衡，进而提高系统效率、减少热损耗、增加系统可靠性。
在控制模块4控制高压变换器5工作时，低压变换器7处于关闭状态，低压子线8由低压储能模块11接管，保证低压负载12的正常运作；在控制模块4控制低压变换器7工作时，高压变换器5处于关闭状态，高压子线6由高压储能模块9接管，保证高压负载10的正常运作。
不仅如此，控制模块4还用于监测高压变换器5、低压变换器7的输出电压；当高压变换器5的输出电压波动大于预设值时，控制模块4将发出信号，控制高压变换器5关闭，并开启低压变换器7，高压子线6由高压储能模块9接管；在低压变换器7的输出电压波动大于预设值时，低压变换器7关闭，低压子线8由低压储能模块11接管。
在此种实施方式中，控制模块4可以根据高压变换器5和低压变换器7的输出电压波动情况，自动调整供电来源，以保持稳定的电压输出，并确保系统的正常运行，充分利用光伏发电系统的输出能力。
实施例2。
在实施例1的基础上，为了增加本系统的可拓展性，本系统还包括多个高压接口单元13与低压接口单元14，多个高压接口单元13并联接入高压子线6与低压子线8，多个低压接口单元14分别并联接入高压子线6，外部负载可以通过高压接口单元13/低压接口单元14接入高压子线6/低压子线8。
高压接口单元13内设有第一控制开关15，在光伏系统1的实际输出功率超过第二阈值时，控制模块4控制第一控制开关15闭合，外部负载能够通过高压接口单元13接入高压子线6，第二阈值大于第一阈值。
低压接口单元14内设有第二控制开关16，在光伏系统1的实际输出功率超过第三阈值并小于第一阈值时，控制模块4控制第二控制开关16闭合，外部负载能够通过低压接口单元14接入低压子线8，第三阈值小于第一阈值。
在此种实施方式中，第二阈值的设置，能够避免接入高压子线6的负载过多，导致高压子线6上的电压波动过大，影响高压负载10的运行；同理，第三阈值的设置，也是为了保证低压子线8上低压负载12的稳定运行。
设计人员能够根据负载的类型与功率需求，选择不同方式接入高压子线6/低压子线8；直接并联接入高压子线6/低压子线8的负载优先级高，能够保证电能的供应，适用于需要持续工作的电器，例如冰箱、电灯、空调、净水器等；通过接口单元并联接入高压子线6/低压子线8的负载优先级低，无法保证电能的持续供应，适用于无需持续工作的电器，例如：洗衣机、吹风机、充电器等。
以上仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光伏建筑一体化的直流微电网系统，其特征在于：包括光伏系统（1）、直流母线（2）、功率检测模块（3）、控制模块（4）、高压变换器（5）、高压子线（6）、低压变换器（7）、低压子线（8）、高压储能模块（9）、高压负载（10）、低压储能模块（11）、低压负载（12）；
所述光伏系统（1）安装在建筑物表面，用于将光能转化为电能；所述光伏系统（1）、功率检测模块（3）均串联接入直流母线（2），所述功率检测模块（3）用于监测光伏系统（1）的输出功率；所述高压变换器（5）、低压变换器（7）均并联接入直流母线（2）；所述高压变换器（5）、高压储能模块（9）、高压负载（10）均并联接入高压子线（6）；所述低压变换器（7）、低压储能模块（11）、低压负载（12）均并联接入低压子线（8），所述控制模块（4）用于接收功率检测模块（3）的信号，并控制高压变换器（5）、低压变换器（7）运作。
2.根据权利要求1所述的光伏建筑一体化的直流微电网系统，其特征在于：在光伏系统（1）的实际输出功率超过设定的第一阈值时，控制模块（4）控制高压变换器（5）工作。
3.根据权利要求1所述的光伏建筑一体化的直流微电网系统，其特征在于：在光伏系统（1）的实际输出功率未超过设定的第一阈值时，控制模块（4）控制低压变换器（7）工作。
4.根据权利要求1所述的光伏建筑一体化的直流微电网系统，其特征在于：所述光伏系统（1）内的光伏发电单元之间相互并联并接入直流母线（2）。
5.根据权利要求1所述的光伏建筑一体化的直流微电网系统，其特征在于：在控制模块（4）控制高压变换器（5）工作时，低压变换器（7）处于关闭状态，低压子线（8）由低压储能模块（11）接管，保证低压负载（12）的正常运作。
6.根据权利要求1所述的光伏建筑一体化的直流微电网系统，其特征在于：在控制模块（4）控制低压变换器（7）工作时，高压变换器（5）处于关闭状态，高压子线（6）由高压储能模块（9）接管，保证高压负载（10）的正常运作。
7.根据权利要求1所述的光伏建筑一体化的直流微电网系统，其特征在于：所述控制模块（4）还用于监测高压变换器（5）、低压变换器（7）的输出电压；当高压变换器（5）的输出电压波动大于预设值时，控制模块（4）将发出信号，控制高压变换器（5）关闭，并开启低压变换器（7），高压子线（6）由高压储能模块（9）接管。
8.根据权利要求7所述的光伏建筑一体化的直流微电网系统，其特征在于：在低压变换器（7）的输出电压波动大于预设值时，低压变换器（7）关闭，低压子线（8）由低压储能模块（11）接管。
9.根据权利要求1所述的光伏建筑一体化的直流微电网系统，其特征在于：本系统还包括多个高压接口单元（13）与低压接口单元（14），多个所述高压接口单元（13）并联接入高压子线（6）与低压子线（8），多个所述低压接口单元（14）分别并联接入高压子线（6），外部负载可以通过高压接口单元（13）/低压接口单元（14）接入高压子线（6）/低压子线（8）。
10.根据权利要求9所述的光伏建筑一体化的直流微电网系统，其特征在于：高压接口单元（13）内设有第一控制开关（15），在光伏系统（1）的实际输出功率超过第二阈值时，控制模块（4）控制第一控制开关（15）闭合，外部负载能够通过高压接口单元（13）接入高压子线（6），所述第二阈值大于第一阈值；
所述低压接口单元（14）内设有第二控制开关（16），在光伏系统（1）的实际输出功率超过第三阈值并小于第一阈值时，控制模块（4）控制第二控制开关（16）闭合，外部负载能够通过低压接口单元（14）接入低压子线（8），所述第三阈值小于第一阈值。
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