CN203250989U - 多功能一体化光伏发电装置 - Google Patents

Abstract

一种多功能一体化光伏发电装置，在其柜体内设置依次从左到右排的作为支承骨架式结构的第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构；直流进线及通讯进出端位于第一单元结构的左侧下方；直流配电单元安装位于第一单元结构的中下部，通信监控单元安装位于第一单元结构的中上部；第一逆变单元和第二逆变单元分别安装位于第二单元结构、第三单元结构的上部；并网配电单元组合分布于第二单元结构、第三单元结构的中部；交流出线端位于第三单元结构的右侧中下部；系统控制电源配电系统组合分布于第一单元结构的下部、第二单元结构的右侧中下部。本实用新型能够满足户外安装使用，具有集成化更高、体积更小、重量更轻、功能更全面、实用性更强等优点。

Description

多功能一体化光伏发电装置

技术领域

本实用新型主要涉及到光伏发电设备领域，特指一种多功能一体化光伏发电装置。

背景技术

太阳能作为一种清洁、高效、永不衰竭的新兴绿色能源，具有安全可靠、无噪声、无污染、维护简便等优点，可广泛用于社会生活的各个领域，特别是应用于光伏并网发电系统与发电站中。

目前，大型的光伏发电系统一般包括太阳能光伏组件阵列、汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、箱式变压器以及其它相关通信监控设备等各设备。工程上，将多个相同光伏组件通过线缆串联构成单路具有较高直流电压等级的光伏组串；由汇流箱将多路光伏组串的小电流进行汇流成一路大电流输出；由直流配电柜实现对多台汇流箱的输出进行进入汇流配电输出；直流配电柜的输出通过线缆引至并网逆变器，通过逆变器逆变并网输出；变压器及相关并网设备对逆变器的输出的进行配电升压并网；发电系统内的环境监测仪、汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、变压器等通过通信监控柜通信监控，并与电站总监控中心通信。目前，光伏逆变器基本为户内型，户外型很少，户外型光伏逆变器主要为小功率的（几百瓦~几十千瓦），大功率户外型逆变器暂无运用案例。大型光伏发电系统工程实际运用中，为满足现场户外环境应用，有两种做法：一是现场为直流配电柜、并网逆变器、通信监控柜专门建造土建类配电室或利用已有的建筑物，将上述各分立柜体安置布置于其中；另一种，设备供货厂商为上述设备制造专门的非土建类的逆变房，将上述各分立柜体设备按功能结构拼凑安装于其中。

传统技术中，在实际运用时，往往需为直流配电柜、并网逆变器、相关通信监控设备及附属等专门建造配电室或采用大功率房/箱体，将上述各分立柜体安置布置于其中，以满足现场户外环境。例如，如现有的光伏发电系统结构如图1所示，直流配电柜、逆变器、通信监控柜及相关的控制电源供电配电箱集中安置排布于土建配电室或大功率户外移动房中。

相对系统而言，整个直流配电、逆变发电、通信监控系统未进行高度一体化集成，各项功能分散化于各个独立柜体内，系统各设备的内外接线杂乱、内部空间利用率低，系统管理不佳，以及安装和维护不方便等，其具体表现如下：

1.现有的光伏发电并网用的大功率逆变器运用于实际现场发电时，需要另外配置直流配电柜，并且不具有完整的发电系统通信监控功能，发电系统需要配置通信监控柜。

2.无论是土建配电室中安装，还是大功率房/箱体内集成摆放，光伏并网发电系统中所用各种设备的厂家不统一，需要将不同厂家的柜体设备组装起来，可能导致不同厂家的设备之间出现不匹配的问题；且在安装的过程中，设备之间可能因为安置位置混乱而衔接不好，加大了设备安装的难度，当设备出现问题时，需要不同厂家进行售后维修服务，也不便于整个系统的安装和维护。

3.光伏并网发电系统中包括并网逆变器、直流配电柜、通信监控柜的各设备柜体基本为户内型，应用于大型光伏并网发电系统中，需要额外配置户外型防护能力的配电室或逆变房，现场施工量大、周期长，且成本高。

4.无论是专门建造的配电室还是现有的大功率户外逆变房都仅是将各独立的直流配电柜、并网逆变、通信监控设备简单拼凑组合，整个系统的空间布局不合理，空间利用率低；且各设备功能未进行高度一体化集成，各项功能分散化于各个柜体内，配电室/逆变房体较庞大，用材多，成本较高，大功率逆变房运输和安装也存在一定困难。

5.光伏并网发电系统中各设备接口众多，需要接入的线缆较多，对线缆的接线没有统一的管理，不便于现场的接线和后期的维护；现有的大功率逆变房方案由于各个柜体分立构成，内部各个柜体之间接口亦是众多，连接复杂，存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种满足户外安装使用、集成化更高、体积更小、重量更轻、功能更全面、实用性更强的多功能一体化光伏发电装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种多功能一体化光伏发电装置，包括柜体以及安装于柜体内的直流配电与通信监控单元、逆变与并网配电单元、系统控制电源配电系统，所述柜体内设置依次从左到右排的作为支承骨架式结构的第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构；所述直流配电与通信监控单元中的直流进线及通讯进出端位于第一单元结构的左侧下方；所述直流配电与通信监控单元中的直流配电单元安装位于第一单元结构的中下部，所述直流配电与通信监控单元中的通信监控单元安装位于第一单元结构的中上部；所述逆变与并网配电单元中的第一逆变单元和第二逆变单元分别安装位于第二单元结构、第三单元结构的上部；所述逆变与并网配电单元中的并网配电单元组合分布于第二单元结构、第三单元结构的中部；所述逆变与并网配电单元中的交流出线端位于第三单元结构的右侧中下部；所述系统控制电源配电系统组合分布于第一单元结构的下部、第二单元结构的右侧中下部。

作为本实用新型的进一步改进：

所述直流进线及通讯进出端采用凹入式接线盒，所述交流出线端采用凸出式接线盒。

所述通信监控单元通过RS485、以太网、WIFI中至少一种通信方式与外部通信监控设备相连通信监控，所述直流配电单元、并网配电单元的运行信息数据通过内部RS485由通信监控单元进行监控。

所述系统控制电源配电系统通过线缆与输出侧三相电网交流电或外部接入的三相四线制交流电相连，由系统控制电源配电系统为所述通信监控单元、直流配电单元、第一逆变单元、第二逆变单元及并网配电单元提供控制用供电电源。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的多功能一体化光伏发电装置，采用一体化户外等级防护能力的柜体，将直流配电柜、光伏并网逆变器、本地监控通信柜、系统控制电源配电箱各项功能一次性完整地高度集成化集成于柜内，对传统的各个分立柜体安置排布进行了结构和拓扑上统一整合与集成，实现了一种装置一个柜体直接现场安装运用。

2、本实用新型的多功能一体化光伏发电装置，具有直流配电、光伏逆变并网发电、本地综合监控通信多种功能性，减少了系统连线和柜体数量以及额外例如配电室/逆变房等附属配置，使得对外接口清晰简单，柜体体积相对较小，重量相对较轻，施工安装简易，电站建设周期缩短，综合成本降低，实现了对传统的单一的光伏发电逆变器的功能提升和光伏发电系统的系统整合，打破了传统分立柜体单元箱体/房体集成，具有很强的实际应用性和重大现实意义。

3、本实用新型的多功能一体化光伏发电装置的功能高度集成一体化，装置内空间布局合理，能够有效节约空间，装置满足户外安装使用，具有集成化更高、体积更小、重量更轻、功能更全面、实用性更强的特点；能够实现对光伏电池组件方阵的一路或多路光伏汇流箱的输出进行配电、逆变并网发电输出，能够对系统外部相关设备汇流箱、环境监测仪、变压器和内部的配电、逆变并网运行相关信息进行监控，并与电站远程监控终端或其它终端组成通信监控网络系统。

附图说明

图1是现有技术中光伏发电系统的组成结构原理示意图。

图2是本实用新型的组成结构示意图。

图3是本实用新型柜体内各单元布置的结构示意图。

图4是本实用新型中通信监控单元的控制原理示意图。

图5是本实用新型中系统控制电源配电系统的原理示意图。

图例说明：

1、柜体；101、直流配电与通信监控单元；102、逆变与并网配电单元；2、第一单元结构；3、第二单元结构；4、第三单元结构；5、通信监控单元；6、直流配电单元；7、第一逆变单元；8、第二逆变单元；9、并网配电单元；10、系统控制电源配电系统；11、直流进线及通讯进出端；12、交流出线端。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图2和图3所示，本实用新型的多功能一体化光伏发电装置，包括柜体1以及安装于柜体1内的直流配电与通信监控单元101、逆变与并网配电单元102，柜体1内设置第一单元结构2、第二单元结构3和第三单元结构4，该第一单元结构2、第二单元结构3、第三单元结构4均为支承骨架式结构，第一单元结构2、第二单元结构3、第三单元结构4依次从左到右排布于柜体1中。直流进线及通讯进出端11采用凹入式接线盒且位于第一单元结构2的左侧下方；直流配电单元6安装位于第一单元结构2的中下部，通信监控单元5安装位于第一单元结构2的中上部；第一逆变单元7和第二逆变单元8分别安装位于第二单元结构3、第三单元结构4的上部；并网配电单元9组合分布于第二单元结构3、第三单元结构4的中部；交流出线端12采用凸出式接线盒且位于第三单元结构4的右侧中下部；系统控制电源配电系统10组合分布于第一单元结构2的下部、第二单元结构3的右侧中下部。其中，凹入式接线盒、凸出式接线盒均为具有一定防护能力的接线盒，分别用于直流进线接入、通讯线缆接入/接出、交流出线接入/接出。

这样，本实用新型就按照功能单元、功率流向将原本各自独立的提供直流配电的直流配电柜、进行光伏并网发电的并网逆变器、对发电系统进行综合监控通信的监控柜以及为系统提供控制电源的配电柜高度集成化于一个满足户外安装使用环境的柜体1内，内部各个单元之间通过母排或线缆连接，进而构成多功能一体化光伏发电装置，便于实际运用。即，本实用新型将光伏发电系统中传统的分立式安装方式的直流配电柜、逆变器、通信监控柜及相关的控制电源供电配电箱、逆变房或土建配电室的防护功能高度集成化于一个满足户外环境安装运用柜体的多功能一体化光伏发电装置，具有直流配电、逆变并网发电、综合通信监控功能和多种控制电源供电方式。较现有应用，拓展了光伏发电系统的核心逆变器的配电、综合通信监控等功能和运用环境，大大减少了柜体数量、工程施工量、简化了系统构成，柜体体积相对较小，重量相对较轻，降低了成本，便于光伏发电系统的模块化施工、管理维护。

工作时，光伏方阵各个汇流箱的直流输出通过现场布置的电缆接至直流进线及通讯进出端11，直流配电单元6用来实现对多路汇流箱的输入进行配电汇流。直流配电单元6配电汇流输出通过内部线缆或母排引至第一逆变单元7和第二逆变单元8，进行光伏直流逆变转换；逆变转换为满足电网要求的交流电通过并网配电单元9和交流出线端12输出，与外界的电网设备相连接。

在具体应用实例中，本实用新型的通信监控单元5中集成有显示屏、仪表、指示灯、紧急停止按钮、启动/停止钥匙、通讯管理模块、数据采集模块、电源管理模块、RS485通讯模块、无线WIFI模块、以太网光纤模块，对外所有需要利用通讯线缆介质的均按实际运用接到本装置的直流进线及通讯进出端11。如图4所示，发电系统中外部需要通信监控的设备（环境监测仪、汇流箱、变压器）的通信输出通过通信线缆RS485方式由本装置内通信监控单元5进行监控，部分距离较近的设备满足无线WIFI通信时，亦可通过WIFI由本装置内通信监控单元5进行监控。本实用新型中的直流配电单元6、逆变与并网单元的运行信息数据通过内部RS485由通信监控单元5进行监控。进一步，操作人员的PC监控终端可通过RS485/WIFI/以太网多种方式与通信监控单元5进行通信监控，操作人员的手持监控终端（智能手机、平板电脑等）可通过WIFI进行近距离无线监控。本实用新型中通信监控单元5与电站远程监控终端/其他监控单元通过RS485/以太网方式进行通信监控，以组成网络系统。

在具体应用实例中，通过内部线缆将本发电装置的输出侧三相电网交流电或外部接入的三相四线制交流电分别引至系统控制电源配电系统10，由系统控制电源配电系统10配电成所需要的AC 220V单相电和AC 380V三相电，分别为装置内第一单元结构2中的通信监控单元5和直流配电单元6、第一逆变单元7和第二逆变单元8及并网配电单元9提供控制用供电电源。电源采用外部供电、内部供电、不间断电源（UPS）供电多种供电方式，如图5所示：外部供电时，外部接入三相AC 380V和单相AC220V，开关QF2断开，开关QF1、QF3、QF4、QF5闭合，将外部三相AC 380V、单相AC 220V电源引入本装置内风机和控制系统；内部供电时，开关QF1、QF3断开，QF2、QF4、QF5闭合，本装置发电输出端的三相AC 270V或AC 315V电能通过配电变压器转换成三相AC 380V、单相AC 220V，为本装置内风机和控制系统供电；其中单相AC 220V供电回路中配置有不间断电源UPS，当UPS输入端AC 220V失电时，UPS仍可为本装置重要的控制系统供电，保障系统的正常运行。

在不同的实施例中，根据实际需要，本实用新型所接入光伏方阵汇流箱路数可以为一路或多路，柜体1内集成的直流配电单元6、逆变单元也可以多个。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种多功能一体化光伏发电装置，其特征在于，包括柜体（1）以及安装于柜体（1）内的直流配电与通信监控单元（101）、逆变与并网配电单元（102）、系统控制电源配电系统（10），所述柜体（1）内设置依次从左到右排的作为支承骨架式结构的第一单元结构（2）、第二单元结构（3）和第三单元结构（4）；所述直流配电与通信监控单元（101）中的直流进线及通讯进出端（11）位于第一单元结构（2）的左侧下方；所述直流配电与通信监控单元（101）中的直流配电单元（6）安装位于第一单元结构（2）的中下部，所述直流配电与通信监控单元（101）中的通信监控单元（5）安装位于第一单元结构（2）的中上部；所述逆变与并网配电单元（102）中的第一逆变单元（7）和第二逆变单元（8）分别安装位于第二单元结构（3）、第三单元结构（4）的上部；所述逆变与并网配电单元（102）中的并网配电单元（9）组合分布于第二单元结构（3）、第三单元结构（4）的中部；所述逆变与并网配电单元（102）中的交流出线端（12）位于第三单元结构（4）的右侧中下部；所述系统控制电源配电系统（10）组合分布于第一单元结构（2）的下部、第二单元结构（3）的右侧中下部。

2.根据权利要求1所述的多功能一体化光伏发电装置，其特征在于，所述直流进线及通讯进出端（11）采用凹入式接线盒，所述交流出线端（12）采用凸出式接线盒。

3.根据权利要求1或2所述的多功能一体化光伏发电装置，其特征在于，所述通信监控单元（5）通过RS485、以太网、WIFI中至少一种通信方式与外部通信监控设备相连进行通信监控，所述直流配电单元（6）、并网配电单元（9）的运行信息数据通过内部RS485由通信监控单元（5）进行监控。

4.根据权利要求1或2所述的多功能一体化光伏发电装置，其特征在于，所述系统控制电源配电系统（10）通过线缆与输出侧三相电网交流电或外部接入的三相四线制交流电相连，由系统控制电源配电系统（10）为所述通信监控单元（5）、直流配电单元（6）、第一逆变单元（7）、第二逆变单元（8）及并网配电单元（9）提供控制用供电电源。

Images