CN202455150U - 一种光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏发电系统，该系统包括：光伏面板(31)、逆变器(32)、换流器(33)、储能装置(34)、电网(35)以及负载(36)，所述光伏面板(31)与所述逆变器(32)的输入端相连接，所述换流器(33)的交流侧与所述逆变器(32)的输出端、所述电网(35)和所述负载(36)相连接，以及所述储能装置(34)与所述换流器(33)的直流端相连接。通过本实用新型，实现了带载供电、并网发电以及储能装置充电的功能，组成部件少，系统体积小，电路和器件电能损耗小，系统效率高，降低了生产运行和使用成本。

Description

一种光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电领域，具体地，涉及一种光伏发电系统。

背景技术

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池(光伏电池)。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上逆变器等部件就组成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地；光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点。

目前，使用的光伏系统主要有光伏并网系统和光伏储能系统。图1是现有技术中光伏并网系统的系统结构图；图2是现有技术中光伏储能系统的系统结构图。通过现有技术中的这两种系统都能够将光伏面板产生的电能提供给负载，并且通过光伏储能系统中的储能装置还能够将光伏面板产生的电能储存起来。但是，上述系统都存在缺点。

对于图1的光伏并网系统，光伏并网逆变器将光伏面板产生的直流电能转换为交流电能并入电网实现发电，负载由电网直接提供，因此，一旦电网35故障，光伏面板31产生的电能不可直接提供给负载36使用，导致负载断电。

而对于图2的光伏储能系统，由于系统中增加了储能装置34，所以即便电网35故障，也可以保证负载36的正常工作。但是，光伏面板31产生的电能经过了能源转换装置24、储能装置34及并网逆变器22才能连接至电网35，由于电路和器件不可避免地会造成电能损耗，导致系统效率低下；而且，系统的稳定运行，依赖于控制装置21同离网逆变器23、并网逆变器22以及能源转换装置24间通信的正常、可靠，以及系统各功能模块的正常运行，一旦离网逆变器23失效，则直接导致负载36断电，系统鲁棒性极低；况且，系统是由离网逆变器23完成带载供电，并网逆变器22完成并网发电或者充电功能，能源转换装置24实现充电功能，组成部件过多，系统体积偏大，成本过高，严重影响其应用和普及。

针对上述问题，现有技术中尚无良好的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光伏发电系统以至少解决现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种光伏发电系统，其中，该系统包括：光伏面板、逆变器、换流器、储能装置、电网以及负载，所述光伏面板与所述逆变器的输入端相连接，所述换流器的交流侧与所述逆变器的输出端、所述电网和所述负载相连接，以及所述储能装置与所述换流器的直流端相连接。

进一步地，所述换流器的交流侧具有主路和与该主路相连的三条支路，所述主路与该换流器的交流侧相连，且设置有主路开关，所述三条支路中设置第一支路开关和第二支路开关，其中，所述换流器的交流侧经由所述主路开关、所述第一支路开关与所述电网相连接；所述换流器的交流侧经由所述主路开关与所述负载相连接；以及所述换流器的交流侧经由所述主路开关、所述第二支路开关与所述逆变器的输出端相连接。

进一步地，该系统还包括：旁路装置，该旁路装置与所述主路开关、所述第一支路开关、所述第二支路开关、所述逆变器的输出端、所述电网以及所述负载相连接。

进一步地，所述旁路装置是开关组，该开关组包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关以及第五开关，其中，所述换流器的交流侧经由所述主路开关、所述第一支路开关、所述第一开关与所述电网相连接；所述换流器的交流侧经由所述主路开关、所述第二开关与所述负载相连接；所述换流器的交流侧经由所述主路开关、所述第二支路开关、所述第三开关与所述逆变器的输出端相连接；所述第四开关跨接在连接所述第一开关和所述电网的电路与连接所述第二开关和所述负载的电路之间；以及所述第五开关跨接在连接所述第一开关和所述电网的电路与连接所述第三开关和所述逆变器的输出端的电路之间。

进一步地，所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关以及所述第五开关之间联动连接，其中，当所述第二开关和所述第三开关中至少一者闭合时，所述第四开关和所述第五开关断开；当所述第四开关和所述第五开关中至少一者闭合时，所述第二开关和所述第三开关断开。

进一步地，该系统还包括监控装置，该监控装置与所述逆变器、所述换流器以及所述储能装置相连接。

进一步地，所述逆变器为光伏并网逆变器。

通过上述技术方案，将逆变器、电网与储能装置配合使用，可以保证负载的正常工作，提高了的系统鲁棒性；利用由开关组构成的旁路装置，实现了对光伏发电系统不同的供电模式的转换，不仅提高了系统运行的稳定性，而且提高了系统的可维护性；此外，系统中使用比现有技术少的部件，实现了带载供电、并网发电以及储能装置充电的功能，组成部件少，系统体积小，电路和器件电能损耗小，系统效率高，降低了生产运行和使用成本。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中

图1是现有技术中光伏并网系统的系统结构图；

图2是现有技术中光伏储能系统的系统结构图；

图3是根据本实用新型实施方式的光伏发电系统结构图；

图4是根据本实用新型优选实施方式的光伏发电系统结构图；

图5是根据本实用新型优选实施方式的光伏发电系统电路结构图；

图6是根据本实用新型的光伏发电系统正常运行模式的电路结构图；

图7是根据本实用新型的光伏发电系统后备供电模式的电路结构图；以及

图8是根据本实用新型的光伏发电系统旁路运行模式的电路结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

图3是根据本实用新型实施方式的光伏发电系统结构图。如图3所示，根据本实用新型的光伏发电系统，包括：光伏面板31、逆变器32、换流器33、储能装置34、电网35以及负载36，其中，所述光伏面板31与所述逆变器32的输入端相连接，所述换流器33的交流侧与所述逆变器32的输出端、所述电网35和所述负载36相连接，以及所述储能装置34与所述换流器33的直流端相连接。

通过上述技术方案，将逆变器、电网与储能装置配合使用，可以保证负载的正常工作，提高了的系统鲁棒性。

与现有技术中的光伏并网系统和光伏储能系统相比较，本实用新型提供的光伏发电系统，在电网存在的情况下，光伏面板产生的电能可以通过逆变器并入电网。如果电网故障，系统则可以通过将储能装置中的电能通过换流器转换为交流电能供负载使用，同时，逆变器可以将光伏面板产生的电能通过换流器输入储能装置或者直接供负载使用，不会浪费光伏面板产生的电能。

图4是根据本实用新型优选实施方式的光伏发电系统结构图。如图4所示，根据本实用新型的光伏发电系统，优选地，所述换流器33的交流侧具有主路和该主路的三条支路，所述主路设置主路开关K1，所述三条支路中设置第一支路开关K2和第二支路开关K3，其中，所述换流器33的交流侧经由所述主路开关K1、所述第一支路开关K2与所述电网35相连接；所述换流器33的交流侧经由所述主路开关K1与所述负载36相连接；以及所述换流器33的交流侧经由所述主路开关K1、所述第二支路开关K3与所述逆变器32的输出端相连接。优选地，逆变器32可以为光伏并网逆变器。另外，该系统还包括监控装置38，该监控装置38与所述逆变器32、所述换流器33以及所述储能装置34相连接。

本实用新型的光伏发电系统，使用较少的系统部件，即将现有技术中的光伏并网系统和光伏储能系统有机地结合了起来，使光伏发电系统既可实现光伏发电的直接并网，又可实现对负载的不间断的电能供应，可以最大限度地利用光伏电能，使光伏利用最大化。系统的组成部件少，系统体积小，电路和器件电能损耗小，系统效率高。另外，技术人员通过监控装置能够直观地获得逆变器(光伏并网逆变器)、换流器以及储能装置的工作状态，便于对光伏发电系统进行控制。

图5是根据本实用新型优选实施方式的光伏发电系统电路结构图。如图5所示，根据本实用新型的光伏发电系统，优选地，该系统还可以包括：旁路装置37，该旁路装置37与所述主路开关K1、所述第一支路开关K2、所述第二支路开关K3、所述逆变器(例如，光伏并网逆变器42)的输出端、所述电网35以及所述负载36相连接。优选地，所述旁路装置37可以是开关组，该开关组包括：第一开关B1、第二开关B2、第三开关B3、第四开关B4以及第五开关B5，其中，所述换流器33的交流侧经由所述主路开关K1、所述第一支路开关K2、所述第一开关B1与所述电网35相连接；所述换流器33的交流侧经由所述主路开关K1、所述第二开关B2与所述负载36相连接；所述换流器33的交流侧经由所述主路开关K1、所述第二支路开关K3、所述第三开关B3与所述逆变器(例如，光伏并网逆变器42)的输出端相连接；所述第四开关B4跨接在连接所述第一开关B1和所述电网35的电路与连接所述第二开关B2和所述负载36的电路之间；以及所述第五开关B5跨接在连接所述第一开关B1和所述电网35的电路与连接所述第三开关B3和所述逆变器32的输出端的电路之间。

这里，需要说明的时K1、K2、K3可以是换流器33的组成部件，为受控开关，受控于换流器33，可根据系统的工作情况有效分断电网35、负载36以及光伏并网逆变器42。B1、B2、B3、B4、B5是手动开关，组成了系统的检修和旁路装置37，只有在换流器33和/或储能装置34故障时(例如，监控装置监控到故障时)，才需要通过人工切换手动开关，以实现对负载36的旁路供电；在需要对光伏发电系统进行维护时，也可以人工切断手动开关，进行检修，保证安全。

通过换流器与旁路装置，根据本使用新型的光伏发电系统可以具有几种不同的工作模式：

1)正常运行模式：在根据本实用新型的光伏发电系统所有组成部件正常工作的情况下，系统可以实现光伏并网发电、光伏发电供负载使用、光伏发电储能以及电网电能储存等功能。

2)后备供电模式：在系统所有组成部件以及光伏面板、负载正常工作，但是电网故障，该系统可以利用储能装置通过换流器为负载提供交流电能，也可将光伏面板产生的电能通过光伏并网逆变器提供给负载，或者储存至储能装置。

3)旁路运行模式：该模式属于较为严重的故障模式，即该系统组成部件中储能装置和/或换流器故障，而电网、负载、光伏面板、光伏并网逆变器正常工作时，可以通过人工切换手动开关B2、B3、B4、B5，实现负载的正常供电、光伏发电并网功能。

优选地，所述第二开关B2、所述第三开关B3、所述第四开关B4以及所述第五开关B5之间联动连接，其中，当所述第二开关B2和所述第三开关B3中至少一者闭合时，所述第四开关B4和所述第五开关B5断开；当所述第四开关B4和所述第五开关B5中至少一者闭合时，所述第二开关B2和所述第三开关B3断开。这样，当光伏并网逆变器42故障时，该换流器33可以控制受控开关K3的切断来保证换流器33、储能装置34的正常运行，这样，换流器33依然可以为负载34提供电能，而用户也可以通过手动断开开关B3来检修(或更换)光伏并网逆变器42。

通过旁路装置可以进行故障分离，可以保证系统故障状态下负载的正常供电，以及避免因故障恢复对系统造成损害。

旁路装置37是由手动开关B2、B3和B4、B5组成的，在系统正常工作模式下，B2、B3独立(或者联动)的闭合操作均会导致B4、B5同时断开，这样可有效阻断旁路开关对系统状态判定的影响。在出现系统故障时，为保证负载的正常供电，避免故障恢复时对系统造成损害；相应地，B4、B5独立(或者联动)的闭合操作均会导致B2、B3同时断开。便于系统的维护和对故障进行处理。

以下结合附图6-8对上述不同的工作模式的具体实施方式进行详细说明。

图6是根据本实用新型的光伏发电系统正常运行模式的电路结构图。图6中示出了光伏发电系统正常运行模式的情况。

在公共电网35、负载36、光伏并网逆变器42、换流器33、储能装置34等均正常工作时，换流器33将受控开关K1、K2、K3闭合。这样，在负载36处于非用电状态时，光伏并网逆变器42可将光伏面板31所产生的电能通过B3、K3、K2、B1发至电网35，实现光伏发电系统的并网发电功能。在储能装置34电力储备不足时，光伏面板31所产生的电能可以经过光伏并网逆变器42、B3、K3、K1、换流器33为储能装置34充电，或电网35经过B1、K2、K1、换流器33给储能装置34充电。

在负载36处于用电状态时，光伏面板31所产生的电能可以经过光伏并网逆变器42、B3、K3、B2为负载36供电。当光伏产生的电能不足以供应负载36用电时，电网35可以经过B1、K2、B2与光伏并网逆变器42一同为负载提供电能，或者储能装置34可以经过换流器33、K1、B2与光伏并网逆变器42一同为负载36供电。

这样，即使光伏面板31或光伏并网逆变器42故障，系统依然可以正常工作，负载36的电能可以由电网35经过B1、K2、B2提供，或由储能装置34经过换流器33、K1、B2提供。

图7是根据本实用新型的光伏发电系统后备供电模式的电路结构图。图7中示出了在电网35故障情况下，光伏发电系统的后备供电模式。

在本实施方式中，电网35故障，则换流器33将受控开关K2断开。

光伏发电系统进入后备工作模式，储能装置34通过换流器33将其储存的电能转换为可供负载36使用的交流电能，经过K1、B2为负载36供电。在光伏面板31产生电能的情况下，光伏并网逆变器42可将这部分电能经过B3、K3与换流器33一起为负载36供电，也可以经过B3、K3、K1，通过换流器33为储能装置34充电。

图8是根据本实用新型的光伏发电系统旁路运行模式的电路结构图。图8示出了光伏发电系统中换流器33和/或储能装置34故障情况下，光伏发电系统的旁路运行模式。

在本实施方式中，由于换流器33和/或储能装置34故障，受控开关K1、K2、K3断开。

光伏面板31产生的电能经过光伏并网逆变器42、B5并入电网35，或者经过B5、B4向负载36提供电能。当光伏面板31所发电量不足以供应负载36的用电需求时，则电网35经过B4，与光伏并网逆变器42共同为负载36供电。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (7)

1.一种光伏发电系统，其特征在于，该系统包括：光伏面板(31)、逆变器(32)、换流器(33)、储能装置(34)、电网(35)以及负载(36)，所述光伏面板(31)与所述逆变器(32)的输入端相连接，所述换流器(33)的交流侧与所述逆变器(32)的输出端、所述电网(35)和所述负载(36)相连接，以及所述储能装置(34)与所述换流器(33)的直流端相连接。

2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述换流器(33)的交流侧具有主路和与该主路相连的三条支路，所述主路与该换流器(33)的交流侧相连，且设置有主路开关(K1)，所述三条支路中设置有第一支路开关(K2)和第二支路开关(K3)，其中，所述换流器(33)的交流侧经由所述主路开关(K1)、所述第一支路开关(K2)与所述电网(35)相连接；所述换流器(33)的交流侧经由所述主路开关(K1)与所述负载(36)相连接；以及所述换流器(33)的交流侧经由所述主路开关(K1)、所述第二支路开关(K3)与所述逆变器(32)的输出端相连接。

3.根据权利要求2所述的光伏发电系统，其特征在于，该系统还包括：旁路装置(37)，该旁路装置(37)与所述主路开关(K1)、所述第一支路开关(K2)、所述第二支路开关(K3)、所述逆变器(32)的输出端、所述电网(35)以及所述负载(36)相连接。

4.根据权利要求3所述的光伏发电系统，其特征在于，所述旁路装置(37)是开关组，该开关组包括：第一开关(B1)、第二开关(B2)、第三开关(B3)、第四开关(B4)以及第五开关(B5)，其中，

所述换流器(33)的交流侧经由所述主路开关(K1)、所述第一支路开关(K2)、所述第一开关(B1)与所述电网(35)相连接；所述换流器(33)的交流侧经由所述主路开关(K1)、所述第二开关(B2)与所述负载(36)相连接；所述换流器(33)的交流侧经由所述主路开关(K1)、所述第二支路开关(K3)、所述第三开关(B3)与所述逆变器(32)的输出端相连接；所述第四开关(B4)跨接在连接所述第一开关(B1)和所述电网(35)的电路与连接所述第二开关(B2)和所述负载(36)的电路之间；以及所述第五开关(B5)跨接在连接所述第一开关(B1)和所述电网(35)的电路与连接所述第三开关(B3)和所述逆变器(32)的输出端的电路之间。

5.根据权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于，所述第二开关(B2)、所述第三开关(B3)、所述第四开关(B4)以及所述第五开关(B5)之间联动连接，其中，

当所述第二开关(B2)和所述第三开关(B3)中至少一者闭合时，所述第四开关(B4)和所述第五开关(B5)断开；

当所述第四开关(B4)和所述第五开关(B5)中至少一者闭合时，所述第二开关(B2)和所述第三开关(B3)断开。

6.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的光伏发电系统，其特征在于，该系统还包括监控装置(38)，该监控装置(38)与所述逆变器(32)、所述换流器(33)以及所述储能装置(34)相连接。

7.根据权利要求6所述的光伏发电系统，其特征在于，所述逆变器(32)为光伏并网逆变器(42)。

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