CN201393183Y - 地域并网型光伏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种在某地域内由发电企业设的带有地域配电线并与电力系统在某一连接点并网的大型光伏系统及利用自然能源发电、电能自给自足的地域直流供电型光伏发电系统，可以构成地域交流或地域交、直流混合并网型光伏系统，也可构成全自然能源直流供电型光伏系统。地域交、直流混合型并网型光伏系统由太阳能发电站、直流遮断器、交直流遮断器、地域交流和直流配电线、系统并网保护装置、电能存储装置等组成。全自然能源直流供电型光伏系统由太阳能等发电、氢能制造系统、燃料电池、电能存储系统、直流用电设施等组成。本实用新型解决了并网点商用配电线的电压上升问题，提高了供电质量；可避免检修故障时的触电；电能损失小、成本低、管理维护方便。

Description

地域并网型光伏系统

技术领域

本实用新型涉及一种光伏发电能自给自足使用，并能大规模、集中并网的地域系统。

背景技术

目前，用于住宅、工厂、学校等单位的光伏系统的构成如图6所示。该系统由商用配电线、太阳电池阵列、逆变器以及负载等构成。系统的最大特点是：各光伏系统分别与商用电力系统的配电线并网，太阳电池产生的电能供给负载，有剩余电能时送入电力系统，电能不足时则由电力系统供电。但是，这种光伏系统大规模、集中并网时，在并网点会出现配电线电压上升、反送电、电能的有效利用以及系统管理等问题，不能适应未来光伏系统的应用与普及。

现在的太阳能光伏系统存在以下问题：

1)住宅屋顶太阳能光伏系统产生的电能的40％被家庭消费，剩余的60％的电能被送往电力系统，自然能源产生的电能没有被家庭完全使用；

2)太阳能光伏系统大量、集中普及时，会出现反送电以及并网点电压上升问题，如果自家全部使用自然能源，剩余电能不会送往电力系统，则可解决上述问题；

3)目前家用电器为交流电器，但将来家用交流电器可能会逐步变为直流电器，太阳能光伏发电等自然能源产生的直流电能如不经交流转换而直接使用，一方面可以省去逆变器，另一方面可以减少因使用逆变器而产生的大约5-6％的电能损失；

4)将来，电动车、电动摩托车以及LED照明装置等直流负载将会进入普通的家庭，因此有必要设置自然能源直流供电系统，一方面为电动车、电动摩托车以及电能存储装置等充电，另一方面为LED等照明装置提供电源。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现状，旨在提供一种大规模、集中并网时满足对电力系统的供电品质、可靠性、电能的有效利用、系统管理等的要求，并使电能损失小、系统管理容易、维护方便、成本低的地域并网型光伏系统。

本实用新型目的的实现方式为，地域并网型光伏系统，为发电企业设置的带有地域配电线并与电力系统在某一连接点并网的全自然能源直流供电型光伏系统和/或利用自然能源发电、电能自给自足使用的地域直流供电型光伏系统，

全自然能源直流供电型光伏系统的太阳能、风能所发电一路送往氢能制造系统，一路再分送电能存储系统、直流用电设施和逆变器，逆变器再供交流用电设施，氢能制造系统向燃料电池供氢，燃料电池所产生的热能一路提供热水，产生的电能一路送往地域直流配电线，

地域并网型光伏系统在屋顶、建筑物的壁面、山坡、闲置空地所建的太阳光发电站经DC-DC式直流遮断器一路经交/直双向电能转换式交、直流遮断器、地域交流配电线、系统并网保护装置送入商用配电线，一路又分两路，一路送往电能存储装置，一路送往地域直流配电线，供地域内直流用电设施，

DC-DC式直流遮断器的逆变器依次接升压降压电路、整流电路，通过地域直线配电线接故障信号检测装置、控制装置，交/直流双向电能转换式交、直流遮断器的交/直流双向电能转换装置通过地域交流配电线接故障信号检测装置、控制装置。

本实用新型具有以下优点：

(1)解决了电压上升问题

由于地域系统内的直流负载之间、交流负载之间的用电可以相互融通，以及使用了电能存储装置、氢能制造装置以及燃料电池等，太阳能发电站所产生的剩余电能可在地域系统内被消费、存储，使送入商用电力系统的电能大大减少，因此可以解决并网点商用配电线的电压上升问题，提高电力系统的供电质量；

(2)解决了反送电问题

商用电力系统出现短路、停电等故障时，可以通过系统并网保护装置将地域并网型光伏系统与商用电力系统分离，从而可避免检修人员在检修商用电力系统的短路、停电等故障时而发生触电事故，可以比较容易地解决反送电问题；

(3)电能有效利用

太阳能发电站所发生的电能可以通过地域配电线供给地域内的负载、实现电能相互融通，可大大减少与商用电力系统的电能交换，使太阳能发电站所发生的电能更多地被地域系统内的负载所利用，提高了太阳能发电站所产生的电能的利用率，使太阳能发电站发生的电能得到有效利用，另外，由于地域系统与商用电力系统之间的交换电能减少，因此可大大减少电能损失；

(4)可减少电能转换器和系统并网保护装置

在地域并网型光伏系统中只需设置一台交/直流双向电能转换器、一台系统并网保护装置，减少了装置，降低了成本，系统管理容易、维护方便；

(5)由于在并网处设置了电压调整装置，必要时可通过该装置对并网处的电压进行调整。

本实用新型可在住宅小区、小城镇、大城市周围的卫星城、岛屿等处使用，除可自给自足外，还可卖给电力公司，增加收入。采用本实用新型可避免因使用如煤炭、石油等化石能源所产生的环境污染问题。

附图说明

图1是本实用新型的地域交、直流混合并网型光伏系统图，

图2是本实用新型的地域交流并网型光伏系统图

图3是本实用新型的全自然能源直流供电型光伏系统图，

图4是DC-DC式直流遮断器电原理图，

图5为交/直流双向电能转换式交、直流遮断器电原理图，

图6为现在的光伏系统图。

具体实施方式

采用本实用新型可构成如图1所示的地域交、直流混合并网型光伏系统，如图2所示的地域交流并网型光伏系统和如图3所示的全自然能源直流供电型光伏系统。

下面参照附图对本实用新型详细描述。

参照图1，图中的虚线部分为地域交、直流混合并网型光伏系统。地域系统中分别设有地域交流配电线2、地域直流配电线3，根据实际情况两者中也可只设其中之一)。住宅交流负载、公共事业交流负载、电压调整装置以及交/直流双向电能转换装置与地域交流配电线2连接；而太阳能发电站、电能存储装置、氢能制造装置、燃料电池以及直流负载则与地域直流配电线相连。地域交流配电线与地域直流配电线之间设置有交/直流双向电能转换器，通过交/直流双向电能转换器进行交流、直流电能的相互转换，当地域交流配电线2与地域直流配电线3之间出现故障或需维修时，可进行遮断或分离。

太阳能发电站可以建在住宅的屋顶、公共设施的屋顶、建筑物的外壁以及闲置的空地等处。它产生的电能可供给地域内的直流负载、也可以通过交/直流双向电能转换器将直流电能转换成交流电能供给交流负载，有剩余电能时可通过电能存储装置存储、也可通过氢能制造装置将剩余电能转换成氢能、必要时通过燃料电池将氢能转换成电能向负载供电，并提供热水。若仍有剩余电能则可以向商用配电线1送电。相反，当夜间、阴雨天太阳能发电站的出力、电能存储装置以及燃料电池的出力不足，无法满足地域内负载的需要时，即地域系统内的电能不足时则由商用电力系统供电。

由于直流线路在运行过程中可能会出现事故，因此在太阳能发电站的出口处有必要设置DC-DC式直流遮断器。在直流线路中可使用振动换流式、限流式等种类的直流遮断器，也可使用高压大容量交流遮断器。DC-DC式直流遮断器具有DC-DC转换以及直流遮断双重功能，当直流线路或太阳能发电站出现故障时，故障信号被送入控制装置，然后由控制装置控制直流遮断器，使其输出为零，从而达到遮断故障线路的作用。

参照图2，图中的虚线部分为地域交流系统。地域系统中分别设有太阳能发电站、地域交流配电线、住宅交流负载、公共事业交流负载等。各光伏系统通过逆变器与地域交流配电线2连接，然后与电力系统一点并网。地域内的电能可以通过地域交流配电线相互融通，地域作为一个整体，有剩余电能时经商用配电线1向电力公司卖电，不足时从电力公司买电。

参照图3，在全自然能源直流供电型光伏系统中，太阳能、风能所的发电一路送往氢能制造系统，一路再分送电能存储系统、直流供电设施和逆变器，逆变器再供交流流供电设施，氢能制造系统向燃料电池供电，燃料电池所产生的能一路加热水，一路送往地域直流配电线3。

全自然能源直流供电型光伏系统将来为家庭直流负载(LED电灯等)提供直流电能的全自然能源直流供电，给电动车、电动摩托车等充电的直流供电。

由于以下原因本实用新型设置如图4所示的DC-DC式直流遮断器：

(1)由于地域直流配电线或太阳能发电站在运行过程中可能会出现事故；

(2)由于在直流供电型光伏系统中，太阳能发电站的输出电压有必要与连接电能存储装置、燃料电池以及直流负载的地域直流配电线的电压一致；

(3)直流线路在运行过程中如果出现故障，可使用振动换流式、限流式等种类的直流遮断器，也可使用高压大容量交流遮断器起保护作用，但在图3的直流供电型太阳能光伏系统中，不需专门设置这样的遮断器，以节约成本。

考虑到需要及节约成本等问题，本实用新型使用具有DC-DC转换以及直流遮断双重功能的DC-DC式直流遮断器。

参照图4，DC-DC式直流遮断器如虚线方框所示，逆变器依次接升压降压电路、整流电路，通过地域直线配电线接故障信号检测装置、控制装置。

DC-DC式直流遮断器的工作原理是，当直流线路或太阳能发电站出现故障时，故障信号检测装置检测出故障信号，并将故障信号送入控制装置进行处理，然后由控制装置送出信号，控制逆变器，使其输出为零，从而达到遮断故障线路的作用。

同样，控制装置控制逆变器，通过升压降压电路、整流电路完成DC-DC转换，使太阳能发电站的输出电压与地域直流配电线的电压一致。

在地域交流配电线与地域直流配电线之间，当两配电线或其中之一的线路出现故障或维修时需要进行遮断或分离，另外，需要进行交流与直流的相互转换，为了满足这些需要，需要交/直流双向电能转换式交、直流遮断器。

参照图5，交/直流双向电能转换式交、直流遮断器如虚线方框所示，交/直流双向电能转换装置通过地域交流配电线接故障信号检测装置、控制装置。交/直流双向电能转换式交、直流遮断器具有交流、直流双向电能转换和交流、直流遮断的双重功能。

交/直流双向电能转换式交、直流遮断器的工作原理是，当地域直流配电线或地域交流配电线出现故障时，故障信号检测装置检测出故障信号，并将故障信号送入控制装置进行处理，然后由控制装置送出信号控制交/直流双向电能转换式交、直流遮断器，使其输出为零，从而达到遮断故障线路的作用。

同样，控制装置控制交/直流双向电能转换装置，可实现由交流到直流，或由直流到交流的电能转换。

Claims (1)

1、地域并网型光伏系统，其特征在于为由发电企业设置的带有地域配电线并与电力系统在某一连接点并网的全自然能源直流供电型光伏系统和/或利用自然能源发电、电能自给自足使用的地域直流供电型光伏系统，

全自然能源直流供电型光伏系统的太阳能、风能所发电一路送往氢能制造系统，一路再分送电能存储系统、直流用电设施和逆变器，逆变器再供交流用电设施，氢能制造系统向燃料电池供氢，燃料电池所产生的热能一路提供热水，产生的电能一路送往地域直流配电线，

地域并网型光伏系统在屋顶、建筑物的壁面、山坡、闲置空地所建的太阳光发电站经DC-DC式直流遮断器一路经交/直双向电能转换式交、直流遮断器、地域交流配电线、系统并网保护装置送入商用配电线，一路又分两路，一路送往电能存储装置，一路送往地域直流配电线，供地域内直流用电设施，

DC-DC式直流遮断器的逆变器依次接升压降压电路、整流电路，通过地域直线配电线接故障信号检测装置、控制装置，交/直流双向电能转换式交、直流遮断器的交/直流双向电能转换装置通过地域交流配电线接故障信号检测装置、控制装置。

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