CN203339729U - 一种光伏发电单元及光伏发电系统 - Google Patents

一种光伏发电单元及光伏发电系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种光伏发电单元，包括：多组光伏阵列；光伏阵列汇流箱，包括光伏阵列汇流电路和监测单元，光伏阵列汇流电路分别与多组光伏阵列相连，用于将多组光伏阵列输出的直流电汇流成一路直流输出，监测单元用于实时监测各组光伏阵列输出的电流信号及汇流输出的电压信号，并将其传输至第一电力载波转换单元；第一电力载波转换单元，用于将所述电流信号和电压信号调制到电力线缆上；第二电力载波转换单元，用于将所述电流信号和电压信号从电力线缆上解调出来，并经由逆变室通讯单元输出；以及逆变室通讯单元。相应地，还提供一种光伏发电系统。所述光伏阵列汇流箱与逆变室通讯单元之间无需单独布线就能进行通讯，且通讯信号稳定可靠。

Description

一种光伏发电单元及光伏发电系统
技术领域
本实用新型属于光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏发电单元及光伏发电系统。
背景技术
随着光伏并网发电技术的大规模兴起，对于较大规模的光伏并网发电系统，为了减少光伏阵列与并网逆变器之间的连接线，方便维护，需在光伏阵列与并网逆变器之间增加光伏阵列直流汇流装置(即光伏阵列汇流箱)，其作用是将一定数量的光伏(PV，photovoltaic)阵列汇流成一路直流输出，然后由并网逆变器将汇流输出的直流电逆变为交流电后输出至输电网络，其中，光伏阵列汇流箱与逆变器之间通过电力线缆连接以传输电能。
市场上的光伏阵列汇流箱一般分为两种，其中一种只具有简单的汇流功能，另一种除了具有汇流功能之外还具有实时监测各直流输入支路的电流以及汇流后的电压的功能，然后通过有线或无线通讯方式将实时监测到的电流和电压数据经逆变室通讯单元上传至监控中心，并由监控中心对各光伏阵列输出的电流和光伏阵列汇流箱汇流后的电压进行统一监控。目前，光伏阵列汇流箱与逆变室通讯单元之间的通讯方式一般采用RS485总线方式，这种通讯方式需单独布线，不仅布线费时费力，后期维护也十分不方便，而如果采用无线通讯方式的话，存在通讯信号极不稳定的缺点。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种在光伏阵列汇流箱与逆变室通讯单元之间无需单独布线就能进行通讯，且通讯信号稳定可靠的光伏发电单元及光伏发电系统。
解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：
所述光伏发电单元包括：多组光伏阵列、光伏阵列汇流箱、第一电力载波转换单元、第二电力载波转换单元以及逆变室通讯单元；
所述光伏阵列汇流箱包括光伏阵列汇流电路和监测单元，所述光伏阵列汇流电路分别与多组光伏阵列相连，用于将所述多组光伏阵列输出的直流电汇流成一路直流输出，所述监测单元用于实时监测各组光伏阵列输出的电流信号及汇流输出的电压信号，并将所述电流信号和电压信号传输至第一电力载波转换单元；
所述第一电力载波转换单元用于将所述电流信号和电压信号调制到电力线缆上，以通过电力线缆传输所述电流信号和电压信号；
所述第二电力载波转换单元用于将所述电流信号和电压信号从电力线缆上解调出来，并将解调后的电流信号和电压信号经由逆变室通讯单元输出。
优选地，所述光伏阵列汇流箱还包括报警单元，其内预设有报警阈值，用于当监测单元实时监测到的所述电流信号和/或电压信号的值超出所述报警阈值时输出报警信号至第一电力载波转换单元；
所述第一电力载波转换单元还用于将所述报警信号调制到电力线缆上，以通过电力线缆传输所述报警信号；
所述第二电力载波转换单元用于将所述报警信号从电力线缆上解调出来，并将解调后的报警信号经由逆变室通讯单元输出。
优选地，所述光伏阵列汇流箱还包括通讯处理单元，用于将监测单元输出的所述电流信号和电压信号，和/或报警单元输出的所述报警信号进行抗干扰处理后输出至第一电力载波转换单元。
优选地，所述光伏阵列汇流电路包括多路直流输入支路，所述多路直流输入支路并联后汇流成一路直流输出；所述多组光伏阵列分别与光伏阵列汇流电路的多路直流输入支路相连；
所述光伏发电单元还包括逆变单元；所述多组光伏阵列输出的直流电经光伏阵列汇流电路汇流后通过电力线缆传输至逆变单元，所述逆变单元用于将光伏阵列汇流电路汇流输出的直流电转换为交流电后传输至输电网络。
优选地，所述监测单元包括电流监测子单元和电压监测子单元；
所述电流监测子单元采用多个，每个电流监测子单元均用于实时监测一路直流输入支路的电流信号，并将实时监测到的电流信号输出至第一电力载波转换单元；
所述电压监测子单元用于实时监测光伏阵列汇流电路汇流后的电压信号，并将实时监测到的电压信号输出至第一电力载波转换单元。
优选地，所述第一电力载波转换单元与第二电力载波转换单元均包括热敏电阻，以防雷击，所述热敏电阻并联在第一电力载波转换单元/第二电力载波转换单元与电力线缆相连的一端。
优选地，所述第一电力载波转换单元与第二电力载波转换单元采均用半双工工作模式。
优选地，所述第一电力载波转换单元/第二电力载波转换单元所采用的信号调制解调方式为多载波快速跳频调制解调方式或正交频分复用多载波调制解调方式。
本实用新型同时提供一种光伏发电系统，包括监控中心和多个光伏发电单元，多个所述光伏发电单元分别用于将其中的第二电力载波转换单元解调后的信号经由逆变室通讯单元传输至监控中心。
优选地，所述监控中心用于发出请求信号至一个或多个所述光伏发电单元；
所述监控中心发出的请求信号经由所述光伏发电单元中的逆变室通讯单元传输至第二电力载波转换单元；
所述第二电力载波转换单元还用于将所述请求信号调制到电力线缆上，以通过电力线缆传输所述请求信号；
所述第一电力载波转换单元还用于将所述请求信号从电力线缆上解调出来，并将解调后的请求信号传输至光伏阵列汇流箱中的监测单元；
所述监测单元还用于在接收到所述请求信号时，将实时监测到的各组光伏阵列输出的电流信号及汇流输出的电压信号传输至第一电力载波转换单元。
有益效果：
本实用新型所述光伏发电单元中的光伏阵列汇流箱与逆变室通讯单元之间采用电力载波通讯方式，以使得光伏发电单元与监控中心之间待传输的数据均可通过电力线缆来传输，即无需单独布线就能实现光伏阵列汇流箱与监控中心之间的通讯，且通讯信号稳定可靠，极大地降低了太阳能发电电站的建设成本，具有良好的经济效应。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中光伏发电单元的结构示意图；
图2为图1中光伏阵列汇流箱的结构示意图；
图3为本实用新型实施例1中光伏发电系统的结构示意图；
图4为本实用新型实施例4中光伏阵列汇流箱的结构示意图；
图5为图4的具体结构示意图；
图6为本实用新型实施例4中电力载波转换单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型光伏发电单元及光伏发电系统作进一步详细描述。
买施例1：
本实施例提供一种光伏发电单元，如图1所示，包括多组光伏阵列、光伏阵列汇流箱、第一电力载波转换单元、第二电力载波转换单元以及逆变室通讯单元。
如图2所示，所述光伏阵列汇流箱包括光伏阵列汇流电路和监测单元。所述光伏阵列汇流电路分别与多组光伏阵列相连，用于将所述多组光伏阵列输出的直流电汇流成一路直流输出；所述监测单元用于实时监测各组光伏阵列输出的电流信号及汇流输出的电压信号，并将所述电流信号和电压信号传输至第一电力载波转换单元。
所述第一电力载波转换单元用于将所述电流信号和电压信号调制到电力线缆上，以通过电力线缆传输所述电流信号和电压信号。
所述第二电力载波转换单元用于将所述电流信号和电压信号从电力线缆上解调出来，并将解调后的电流信号和电压信号经由逆变室通讯单元输出至监控中心。
优选地，所述第一电力载波转换单元与第二电力载波转换单元均包括热敏电阻，以防雷击，所述热敏电阻并联在第一电力载波转换单元/第二电力载波转换单元与电力线缆相连的一端。所述热敏电阻的阻值可由本领域技术人员根据实际需求自行选取。
优选地，所述第一电力载波转换单元与第二电力载波转换单元采均用半双工工作模式，以使得所传输的信号干扰少、传输更稳定。
优选地，所述第一电力载波转换单元/第二电力载波转换单元所采用的信号调制解调方式为多载波快速跳频调制解调方式或正交频分复用(OFDM，orthogonal frequency-division multiplexing)多载波调制解调方式。所述信号调制解调方式的选择与实际应用环境有关，一般情况下，如果在绝大部分频率中采用电力载波通讯较容易受到干扰，则采用正交频分复用多载波调制解调方式；如果在某些频率下采用电力载波通讯不容易受到干扰，则采用多载波快速跳频调制解调方式，也就是说，可根据实际通讯信道情况选择采用哪种调制解调方式。
本实施例还提供一种光伏发电系统，如图3所示，包括监控中心和多个上述光伏发电单元，多个所述光伏发电单元分别用于将其中的第二电力载波转换单元解调后的信号经由逆变室通讯单元传输至监控中心。
优选地，所述监控中心用于发出请求信号至一个或多个所述光伏发电单元；
所述监控中心发出的请求信号经由所述光伏发电单元中的逆变室通讯单元传输至第二电力载波转换单元；
所述第二电力载波转换单元还用于将所述请求信号调制到电力线缆上，以通过电力线缆传输所述请求信号；
所述第一电力载波转换单元还用于将所述请求信号从电力线缆上解调出来，并将解调后的请求信号传输至光伏阵列汇流箱中的监测单元；
所述监测单元还用于在接收到所述请求信号时，将实时监测到的各组光伏阵列输出的电流信号及汇流输出的电压信号传输至第一电力载波转换单元。
这里，所述请求信号指的是，所述监控中心请求光伏阵列汇流箱中的监测单元上报实时监测到的各组光伏阵列输出的电流信号及汇流输出的电压信号的一种信号。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：
所述光伏发电单元中的光伏阵列汇流箱还包括报警单元，其内预设有报警阈值，用于当监测单元实时监测到的所述电流信号和/或电压信号的值超出所述报警阈值时输出报警信号至第一电力载波转换单元；
所述第一电力载波转换单元还用于将所述报警信号调制到电力线缆上，以通过电力线缆传输所述报警信号；
所述第二电力载波转换单元用于将所述报警信号从电力线缆上解调出来，并将解调后的报警信号经由逆变室通讯单元输出至监控中心。
本实施例中的其他结构以及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3：
本实施例与实施例2的区别在于：
所述光伏发电单元中的光伏阵列汇流箱还包括通讯处理单元，用于将监测单元输出的所述电流信号和电压信号，和/或报警单元输出的所述报警信号进行抗干扰处理(包括电平转换和隔离处理)后输出至第一电力载波转换单元。
本实施例中的其他结构以及作用都与实施例2相同，这里不再赘述。
实施例4：
本实施例提供一种光伏发电单元，包括多组光伏阵列、光伏阵列汇流箱、第一电力载波转换单元、第二电力载波转换单元、逆变单元以及逆变室通讯单元。
如图4所示，所述光伏阵列汇流箱包括光伏阵列汇流电路、监测单元、报警单元和通讯处理单元。
如图5所示，所述光伏阵列汇流电路包括多路直流输入支路，所述多路直流输入支路并联后汇流成一路直流输出，可采用汇流排(或称为汇流母排)将所述多路直流输入支路并联后汇流成一路干路。优选所述汇流排采用汇流铜排。
每路直流输入支路的正负极输出端分别与汇流排的正负极连接；每路直流输入支路的正负极输入端分别与一组光伏阵列的正负极输出端连接，以使得多组光伏阵列分别与光伏阵列汇流电路的多路直流输入支路相连。所述多组光伏阵列输出的直流电经光伏阵列汇流电路汇流后通过电力线缆传输至逆变单元，所述逆变单元用于将光伏阵列汇流电路汇流输出的直流电转换为交流电后传输至输电网络。需要说明的是，所述逆变单元包括一个或多个逆变器，所述逆变室通讯单元与监控中心相连，以组成完整的发电站通讯系统；所述逆变单元和逆变室通讯单元均位于逆变室中。
所述监测单元包括电流监测子单元和电压监测子单元。
所述电流监测子单元采用多个，每个电流监测子单元均用于实时监测一路直流输入支路的电流信号，并将实时监测到的电流信号输出至通讯处理单元。所述电流监测子单元的数量与直流输入支路的数量相同。
所述电压监测子单元用于实时监测光伏阵列汇流电路汇流后的电压信号，并将实时监测到的电压信号输出至通讯处理单元。
所述报警单元内预设有报警阈值，用于当监测单元实时监测到的所述电流信号和/或电压信号的值超出所述报警阈值时输出报警信号至通讯处理单元。
所述通讯处理单元用于将监测单元输出的所述电流信号和电压信号，以及报警单元输出的所述报警信号进行抗干扰处理后输出至第一电力载波转换单元。
这里，所述第一电力载波转换单元和第二电力载波转换单元可采用相同的结构，因此图6同时表示第一电力载波转换单元和第二电力载波转换单元的结构。所述第一电力载波转换单元/第二电力载波转换单元与电力线缆相连的一端并联有热敏电阻R，即热敏电阻R并联在第一电力载波转换单元/第二电力载波转换单元的载波输入/输出端之间，所述载波输入/输出端为第一电力载波转换单元/第二电力载波转换单元与电力线缆相连的一端。
所述第一电力载波转换单元用于将通讯处理单元完成抗干扰处理后的所述电流信号、电压信号和报警信号调制到电力线缆上，以通过电力线缆传输上述信号；所述第二电力载波转换单元用于将所述电流信号、电压信号和报警信号从电力线缆上解调出来，并将解调后的上述信号经由逆变室通讯单元输出至监控中心。
本实施例还提供一种包括监控中心和多个上述光伏发电单元的光伏发电系统。多个所述光伏发电单元分别用于将其中的第二电力载波转换单元解调后的信号经由逆变室通讯单元输出至监控中心。所述监控中心用于发出请求信号至一个或多个所述光伏发电单元。
可见，本实用新型中的光伏发电单元与监控中心之间的信号传输是双向的，分别为，信号由光伏发电单元上传至监控中心，和信号由监控中心下发至光伏发电单元。
具体地，信号由光伏发电单元上传至监控中心的过程为：
所述通讯处理单元将监测单元输出的所述电流信号、电压信号和报警单元输出的报警信号进行抗干扰处理后转化成RS485信号，并发送至至第一电力载波转换单元的TXD管脚处，由第一电力载波转换单元转换为可在电力线缆上传输的信号后，通过其载波输入\输出端传输至电力线缆上，即将所述电流信号、电压信号和报警信号加载(或调制)至电力线缆上，所述可在电力线缆上传输的信号(即所述电流信号、电压信号和报警信号)经电力线缆传输后进入第二电力载波转换单元的载波输入\输出端，由第二电力载波转换单元转换为RS485信号后，通过其RXD管脚输出至逆变室通讯单元，最后通过逆变室通讯单元上传至监控中心。
信号由监控中心下发至光伏发电单元的过程为：
所述监控中心发出的请求信号(该信号为RS485信号)输出至逆变室通讯单元，经由逆变室通讯单元传输至第二电力载波转换单元的TXD管脚处，由第二电力载波转换单元转换为可在电力线缆上传输的信号后，通过其载波输入\输出端输出至电力线缆上，即将所述请求信号加载(即调制)至电力线缆上，所述可在电力线缆上传输的信号(即所述请求信号)经电力线缆传输后进入第一电力载波转换单元的载波输入\输出端，由第一电力载波转换单元转换为RS485信号后，通过其RXD管脚输出至通讯处理单元，由通讯处理单元进行抗干扰处理后转化为监测单元可识别的信号，并发送至监测单元。
然后，信号再从光伏发电单元上传至监控中心，即监测单元接收到通讯处理单元发出的信号后，将实时监测到的各组光伏阵列输出的电流信号及汇流输出的电压信号传输至通讯处理单元，依次经第一电力载波转换单元、第二电力载波转换单元和逆变室通讯单元进行相应处理后上传至监控中心，具体参见信号由光伏发电单元上传至监控中心的过程，不再赘述。
本实施例中的其他结构以及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏发电单元，其特征在于，包括：
多组光伏阵列、光伏阵列汇流箱、第一电力载波转换单元、第二电力载波转换单元以及逆变室通讯单元；
所述光伏阵列汇流箱包括光伏阵列汇流电路和监测单元，所述光伏阵列汇流电路分别与多组光伏阵列相连，用于将所述多组光伏阵列输出的直流电汇流成一路直流输出，所述监测单元用于实时监测各组光伏阵列输出的电流信号及汇流输出的电压信号，并将所述电流信号和电压信号传输至第一电力载波转换单元；
所述第一电力载波转换单元用于将所述电流信号和电压信号调制到电力线缆上，以通过电力线缆传输所述电流信号和电压信号；
所述第二电力载波转换单元用于将所述电流信号和电压信号从电力线缆上解调出来，并将解调后的电流信号和电压信号经由逆变室通讯单元输出。
2.根据权利要求1所述的光伏发电单元，其特征在于，
所述光伏阵列汇流箱还包括报警单元，其内预设有报警阈值，用于当监测单元实时监测到的所述电流信号和/或电压信号的值超出所述报警阈值时输出报警信号至第一电力载波转换单元；
所述第一电力载波转换单元还用于将所述报警信号调制到电力线缆上，以通过电力线缆传输所述报警信号；
所述第二电力载波转换单元用于将所述报警信号从电力线缆上解调出来，并将解调后的报警信号经由逆变室通讯单元输出。
3.根据权利要求2所述的光伏发电单元，其特征在于，
所述光伏阵列汇流箱还包括通讯处理单元，用于将监测单元输出的所述电流信号和电压信号，和/或报警单元输出的所述报警信号进行抗干扰处理后输出至第一电力载波转换单元。
4.根据权利要求1所述的光伏发电单元，其特征在于，
所述光伏阵列汇流电路包括多路直流输入支路，所述多路直流输入支路并联后汇流成一路直流输出；所述多组光伏阵列分别与光伏阵列汇流电路的多路直流输入支路相连；
所述光伏发电单元还包括逆变单元；所述多组光伏阵列输出的直流电经光伏阵列汇流电路汇流后通过电力线缆传输至逆变单元，所述逆变单元用于将光伏阵列汇流电路汇流输出的直流电转换为交流电后传输至输电网络。
5.根据权利要求4所述的光伏发电单元，其特征在于，
所述监测单元包括电流监测子单元和电压监测子单元；
所述电流监测子单元采用多个，每个电流监测子单元均用于实时监测一路直流输入支路的电流信号，并将实时监测到的电流信号输出至第一电力载波转换单元；
所述电压监测子单元用于实时监测光伏阵列汇流电路汇流后的电压信号，并将实时监测到的电压信号输出至第一电力载波转换单元。
6.根据权利要求1所述的光伏发电单元，其特征在于，
所述第一电力载波转换单元与第二电力载波转换单元均包括热敏电阻，以防雷击，所述热敏电阻并联在第一电力载波转换单元/第二电力载波转换单元与电力线缆相连的一端。
7.根据权利要求1所述的光伏发电单元，其特征在于，
所述第一电力载波转换单元与第二电力载波转换单元采均用半双工工作模式。
8.根据权利要求1所述的光伏发电单元，其特征在于，
所述第一电力载波转换单元/第二电力载波转换单元所采用的信号调制解调方式为多载波快速跳频调制解调方式或正交频分复用多载波调制解调方式。
9.一种光伏发电系统，其特征在于，包括监控中心和多个如权利要求1-8中任一项所述的光伏发电单元，多个所述光伏发电单元分别用于将其中的第二电力载波转换单元解调后的信号经由逆变室通讯单元传输至监控中心。
10.根据权利要求9所述的光伏发电系统，其特征在于，
所述监控中心用于发出请求信号至一个或多个所述光伏发电单元；
所述监控中心发出的请求信号经由所述光伏发电单元中的逆变室通讯单元传输至第二电力载波转换单元；
所述第二电力载波转换单元还用于将所述请求信号调制到电力线缆上，以通过电力线缆传输所述请求信号；
所述第一电力载波转换单元还用于将所述请求信号从电力线缆上解调出来，并将解调后的请求信号传输至光伏阵列汇流箱中的监测单元；
所述监测单元还用于在接收到所述请求信号时，将实时监测到的各组光伏阵列输出的电流信号及汇流输出的电压信号传输至第一电力载波转换单元。
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