CN204615504U - 一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统 - Google Patents

Abstract

一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统，包括太阳能电池板、控制器、离网逆变器、自动切换装置，太阳能电池板和蓄电池分别通过直流线路连接控制器，控制器通过直流线路连接离网逆变器，离网逆变器将直流电转换为交流电后通过交流线路输送至自动切换装置，自动切换装置分别连接应急负载、普通负载、市电。本实用新型提供一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统，采用独立型的光伏发电系统与市电一起协调为负载供电。

Description

一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统

技术领域  

本实用新型涉及一种应急电源系统，具体涉及一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统。

背景技术  

随着现代社会经济的飞速发展，城市中各种建筑都趋向于高层化、集成化、智能化、大规模化方向发展，比较突出的一些重要公共建筑的基础设施如电梯、各种娱乐场所以及军用设施等，对电力的依赖性也越来越大，对电力系统、各种后备电源的供电可靠性、安全性、供电质量好坏的要求也越来越高，一旦发生供电中断的情况，将造成重大的政治影响和经济损失，影响到群众的生命财产安全。为减小这种损失，就需要一种能够独立于电网之外的供能系统来满足非正常情况下的用电需要，应急电源就是为适应这种需要而诞生的。应急电源是在发生紧急情况时提供应急电力的一种设备，它是为各种用电设施提供可靠后备电源保障的设备，在电力抢险、通信维修、突发事件处理、抢险救灾、军事作战演习、后勤保障等方面都发挥重要作用，正是现实社会的强烈需求，使得应急电源行业逐步兴起。

目前应急电源的能量来源主要为柴油发电机组和蓄电池，存在污染环境、噪声高、效率低、体积大、输出电能质量较差、电能来源单一等缺点。而当下环境污染、化石燃料枯竭已严重影响到人类的生活，改变能源的消费结构，在能源供应方面走可持续展的道路，已成为人们的共识。太阳能等可再生能源，具有清洁、使用无污染、分布广泛、用之不竭的特点，将成为未来的主要能源。太阳能光伏发电系统与市电相互独立，可自行控制，能避免发生大规模停电事故；在意外发生时能继续供电，弥补大电网稳定性的不足，且其参与运行系统少，启停快速，便于实现全自动；调峰性能好，操作简单；输配电损耗低，甚至没有，无需建配电站，降低或避免附加的输配电成本，土建和安装成本低。太阳能光伏发电具备的这些优点，为其作为应急电源系统的能量来源提供了充分的依据。

以柴油发电机组和蓄电池为能量来源的应急电源，其能量储存有限，仅作为应用于紧急情况下的备用电源；基于光伏发电的应急电源相当于一个小型的光伏电站，在储能设备满充时，还会产生多余的电能。故在对于基于光伏发电的应急电源，为了提高能源的利用率，在正常状况时，光伏发电可与市电协调供能，将多余的电能供给一般负载使用。再考虑到光伏发电的容量和发电效率不大，在紧急情况时，基于光伏发电的应急电源只允许为紧急负载提供电能，即禁止非紧急负载用电。

传统的光伏发电可与市电协调供能采用并网逆变技术，并网型光伏发电系统通过光伏并网逆变器与公共电网相连，在公共电网的强力支撑下为负载提供持续可靠电能。当日光充足时，光伏电池板产生的盈余电能通过逆变器单位功率因数并网，即电能转变为与公共电网电压同频、同相的交流电后输入公共电网，此时公共电网相对光伏发电系统可看作一个无穷大负载；当在夜晚或阴雨天等极端恶劣天气情况下，负载所需的差额电能，由逆变器工作在可逆模式即整流状态后通过公共电网获取，此时公共电网相对光伏发电系统可看作一个无穷大电源。目前，并网型光伏发电系统由于光伏电源出力的随机和波动性，对公共电网还会造成较多负面影响，需要得到供电公司的审核批准，同时系统核心器件——光伏并网逆变器成本和技术要求较高，因此在技术和设备配套及实施上存在诸多不便和阻力。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统，采用独立型的光伏发电系统与市电一起协调为负载供电。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统，包括太阳能电池板、控制器、离网逆变器、自动切换装置，太阳能电池板和蓄电池分别通过直流线路连接控制器，控制器通过直流线路连接离网逆变器，离网逆变器将直流电转换为交流电后通过交流线路输送至自动切换装置，自动切换装置分别连接应急负载、普通负载、市电。

所述交流线路包括电能输送电路和信号通讯线路，将输送电能和通讯功能合二为一，在传输交流电能的同时，以及在供电电压允许范围内，把应急电源运行状态信息，尤其是蓄电池4荷电状态信息输送给自动切换装置7。

所述自动切换装置包括PC机和西门子S7-1200PLC，PC机与PLC之间通过PC/PPI电缆进行连接，然后控制各开关的动作，编程软件为TIA Portal V11 SP2，该软件既可以进行PLC编程，又能组态WinCC界面，实现显示监控功能。PLC控制继电器是否上电来控制开关的通断，从而实现自动切换功能。 

所述控制器为型号为DL-12/24V5a-m的光伏控制器，该光伏控制器技术成熟，使用广泛。

所述自动切换装置与市电之间还设有电表。

采用上述结构，本实用新型供电时光伏发电应急电源和市电网是相互隔离的，对于负载而言，应急电源和市电网互为备用，不会引起光伏应急电源倒送电能到市电网。既能减少若仅用于应急状态，基于光伏发电的应急电源多余能量的浪费，提高能源利用率；又能极大地提高系统的供电可靠性；同时光伏发电应急电源系统与市电网完全电隔离，从而避免了应急电源对公共电网的消极影响。同时市电单独供电时不再经整流器和逆变器进行两级电能转换，整体效率获得提高，降低了系统建设成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为切换装置控制逻辑图；

图中：太阳能电池板1、控制器2、直流线路3、蓄电池4、离网逆变器5、交流线路6、自动切换装置7、应急负载8、普通负载9、电表10、市电11。

具体实施方式

如图1所示，一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统，包括太阳能电池板1、控制器2、离网逆变器5、自动切换装置7，太阳能电池板1和蓄电池4分别通过直流线路3连接控制器2，控制器2通过直流线路3连接离网逆变器5，离网逆变器5将直流电转换为交流电后通过交流线路6输送至自动切换装置7，自动切换装置7分别连接应急负载8、普通负载9、市电11。

所述交流线路6包括电能输送电路和信号通讯线路，将输送电能和通讯功能合二为一，在传输交流电能的同时，以及在供电电压允许范围内，把应急电源运行状态信息，尤其是蓄电池4荷电状态信息输送给自动切换装置7。

所述自动切换装置7包括PC机和西门子S7-1200PLC，PC机与PLC之间通过PC/PPI电缆进行连接，然后控制各开关的动作，编程软件为TIA Portal V11 SP2，该软件既可以进行PLC编程，又能组态WinCC界面，实现显示监控功能。PLC控制继电器是否上电来控制开关的通断，从而实现自动切换功能。 

所述控制器2为型号为DL-12/24V5a-m的光伏控制器，该光伏控制器技术成熟，使用广泛。

所述自动切换装置7与市电11之间还设有电表10。

如图2所示，用开关状态来表示选择结果，分别表示开关闭合（选择控制对象）/断开（不选择控制对象），控制对象分别为紧急负载、负载、光伏发电和市电。一般时，供电系统工作在正常状况，且负载主要能量来源是市电，故本案中将开关的初始状态设为。

在使用时通过设定控制器2，控制与蓄电池4配置在一起的离网逆变器5输出电压幅值与蓄电池4荷电状态成一定比例的下垂，再由自动切换装置7内检测元件检测与离网逆变器5相连的电源线上交流电压幅值，从而可以简单获取光伏发电系统蓄电池4荷电状态，并通过自动切换装置7显示出来，以供选择供电电源。自动切换装置7在蓄电池4过电量越下限之前能迅速切换到市电11供电，而当系统蓄电池4能量充足时再切换回应急电源，太阳能电池板1供电。自动切换装置7内检测元件检测供电系统处于紧急状况时，控制输出端切换到应急负载8，自动切换装置7内检测元件检测到紧急状况解除时，供电系统恢复到正常状况，控制输出端切换到应急负载9。

在正常状况下，且当阳光充足时，基于光伏发电的应急电源系统经蓄电池4和离网逆变器5、自动切换装置7为负载9提供符合供电要求的AC220V交流电，其中蓄电池4由于具有电能调节功能，从而经过与其相连直流线路3上有双向能量流向。当极端恶劣天气情况下，并且蓄电池4储存化学能不足时，自动切换装置7自动切换到市电11供电，此时，市电网经住户电表10和自动切换装置7为负载9提供电能，由于自动切换装置7接通时和普通开关无异，因此此时负载9获取电能的方式和平常情况下直接从市电网获取电能的方式没有任何区别。在自动切换装置7切换到市电供电期间，太阳能电池板1为蓄电池4充电，智能切换装置7实时监测光伏发电系统运行状态信息，一旦蓄电池4荷电状态达到能满足持续为负载9提供电能条件时，自动切换装置7会自动切换回应急电源供电。在紧急状况下，自动切换装置7会自动切换到应急电源供电，并保持该状态，经蓄电池4和离网逆变器5、自动切换装置7为应急负载8提供电能。

控制器2主要用来对太阳能电池板1实施最大功率追踪，并保证光伏电池发出直流电的稳定性：当太阳能电池板1给蓄电池4充电达到满充状态还有盈余电能时，控制器2把盈余电能供应后级负载9；当太阳能电池板1不能够满足后级负载电能需求时，自动切换装置7自动切换到市电11为后级负载9供电。此外控制器2还对系统运行状态进行采集，对蓄电池4进行充放电过程控制、保护。

直流线路3由于电压较低，一般较短，用于连接基于光伏发电应急电源系统主要部件。如太阳能电池板1、蓄电池4和控制器2、离网逆变器5的输入端等。

交流线路6包括电能输送线路、信号通讯线路。交流线路6用于连接离网逆变器5输出端和配电单元内的智能自动装置7，尤其是连接较远距离负载时，交流线路较长。传统的交流线路一般只承担输送电能的任务，但在本实用新型一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统，交流线路6将输送电能和通讯功能合二为一，在传输交流电能的同时，以及在供电电压允许范围内，把应急电源运行状态信息，尤其是蓄电池4荷电状态信息输送给自动切换装置7。

负载9指的是用户一切用电电器,用电电器是消耗电能进行工作的装置。应急负载8指的是在紧急状态为了抑制灾难的扩大和减小灾难造成的损失所需要工作的负载，根据不同应用场合，划分的应急负载有所区别。比如在火灾发生时的紧急状况，消防泵、消防灯、消防电梯这些负载属于应急负载。本实用新型要求太阳能电池板1和蓄电池4所能提供或储存的电量不低于对应场合下应急电源供能的设计要求。

Claims (5)

1.一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统，包括太阳能电池板（1）、控制器（2）、离网逆变器（5）、自动切换装置（7），其特征在于：太阳能电池板（1）和蓄电池（4）分别通过直流线路（3）连接控制器（2），控制器（2）通过直流线路（3）连接离网逆变器（5），离网逆变器（5）将直流电转换为交流电后通过交流线路（6）输送至自动切换装置（7），自动切换装置（7）分别连接应急负载（8）、普通负载（9）、市电（11）。

2.根据权利要求1所述一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统，其特征在于：所述交流线路（6）包括电能输送电路和信号通讯线路。

3.根据权利要求1所述一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统，其特征在于：所述自动切换装置（7）包括PC机和西门子S7-1200PLC，PC机与PLC之间通过PC/PPI电缆进行连接，然后控制各开关的动作。

4.根据权利要求1所述一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统，其特征在于：所述控制器（2）为型号为DL-12/24V5a-m的光伏控制器。

5.根据权利要求1所述一种基于光伏发电与市电协调供能的应急电源系统，其特征在于：所述自动切换装置（7）与市电（11）之间还设有电表（10）。