CN205724935U - 一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统，主要包括：光伏阵列、桥式整流器、充电控制器、稳压模块、蓄电池、双向变流器、选择开关模块、交流电网。本实用新型通过辅助充电模块实现对蓄电池的智能充电控制；并通过选择开关模块实现光伏系统与交流电网的串并联模式的控制。能够有效延长蓄电池的使用寿命，提高了光伏并网发电系统的电能使用效率，同时能够减小光伏并网发电系统的故障率。

Description

一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，尤其是一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统。

背景技术

光伏电池是一种通过光电效应对光有响应并能将光能转换成电力的器件。光伏发电作为所有可再生能源中最具发展潜力的发电技术之一，近年来得到广泛发展。

光伏并网发电/供电是目前应用最广泛、也是最为成熟的光伏发电应用。光伏并网发电最基本的构成部件主要包括光伏阵列、半导体整流器、蓄电池、并网设备或装置。其中，大容量蓄电池是调节光伏发电和交流电网电量分配和负载分配的必要手段，而并网设备则是光伏发电和交流电网综合利用效率最大化的调整手段之一。

目前，由于光伏阵列发电量受不确定因素影响大，并且并网运行负载容量变动大，光伏并网发电中的大容量蓄电池主要存在过度充电和欠充超载运行的问题，并且自由充放电状态下的蓄电池充放电频繁。因此光伏并网发电系统中的蓄电池活性将受到严重影响，从而大大缩短了使用寿命和使用效率，进一步影响光伏发电并网运行的安全。因此，需要寻求一种智能的解决方案，以避免光伏并网系统中蓄电池的过充和欠充问题。

另外，目前光伏发电一般通过半导体变流设备采用并联的方式接入交流电网，即光伏发电作为主电网的辅助功率提供手段。但是，当主电网或光伏发电系统内部出现故障时，前述的并联方式必将解体，光伏发电和交流电网又各自独立工作。虽然现有技术中已经提出了光伏发电以串并联方式并网运行的替代方案。但是，目前提供的串联工作接口只在交流主电网故障的情况下才投入使用，利用效率低，并且光伏发电与交流电网并联或串联的模式是固定的，不能根据负载容量进行智能机动调节。因此，也需要提供一种能够灵活转变光伏发电与交流电网之间的串、并联关系的接口装置。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统，以有效解决其蓄电池及并网接入方式的问题。

本实用新型提出了下技术方案：

一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统，其结构特点是，主要包括光伏阵列、桥式整流器、充电控制器、稳压模块、蓄电池、双向变流器、选择开关模块、交流电网；

所述光伏阵列通过所述桥式整流器与所述充电控制器相连接；所述充电控制器与所述蓄电池相连接；所述充电控制器和所述蓄电池分别通过所述稳压模块与用电设备中的直流负载相连接；

所述充电控制器主要包括微控制器、辅助充电模块、蓄电池电量检测模块；其中，所述微控制器分别连接所述辅助充电模块、所述蓄电池、所述稳压模块；所述辅助充电模块通过所述蓄电池电量检测模块与所述蓄电池相连接；所述辅助充电模块与用电设备功率检测模块连接，所述用电设备功率检测模块用于检测用电设备的负载功率；

所述光伏阵列通过所述桥式整流器与所述双向变流器相连接；所述双向变流器与用电设备中的交流负载相连接，并且所述双向变流器通过稳压模块与用电设备中的直流负载相连接；

所述交流电网通过交流接触器与所述选择开关模块相连接，所述选择开关模块与所述双向变流器相连接；所述选择开关模块用于控制所述交流电网与所述双向变流器的串联或并联。

进一步地，所述充电控制器还包括光伏功率检测模块，所述光伏功率检测模块与所述微控制器相连接；

进一步地，所述选择开关模块包含第一双向可控硅开关、第二双向可控硅开关、第三双向可控硅开关，在单相电路中，第一双向可控硅开关包括两个并联的双向可控硅，第二双向可控硅开关包括两个并联的双向可控硅，第三双向可控硅开关为一个双向可控硅。

进一步地，所述选择开关模块还包含一个电容器，所述电容器与所述第三双向可控硅开关并联。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型的一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统，通过在充电控制器中设置辅助充电模块，通过对蓄电池电量的检测实现对蓄电池的自动充电。避免了对蓄电池的过充电和欠充电，并且有效减少了对蓄电池的充放电次数，进而可延长蓄电池的使用寿命。

在太阳能充电的过程中，先检查是否有用电设备在用电和用电功率，再根据太阳能充电功率进行分配。如果太阳能提供的电能多于用电设备使用的电能，则多余的电能为蓄电池充电。如果太阳能提供的电能不够用电设备使用，则不足部分由蓄电池提供。

在外接市电为蓄电池充电时，如果此时太阳能也输出电能，优先使用太阳能充电；在太阳能充电不足的情况下，再使用市电充电功能。

本实用新型的一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统，还通过选择开关模块控制交流电网与光伏系统的并联或串联，能够根据负载容量、或者光伏并网发电系统的故障情况，自动控制光伏系统与交流电网之间的并联、串联等状态。

本实用新型的一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统，通过辅助充电模块实现对蓄电池的智能充电控制，以及通过选择开关模块实现对光伏系统与交流电网的智能联网模式控制，能够有效延长蓄电池的使用寿命，提高了光伏并网发电系统电能使用效率，同时也能够减小光伏并网发电系统的故障率。

附图说明

图1是本实用新型的一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统的整体结构原理图。

图2是本实用新型实施例中充电控制器的结构简图。

图3是本实用新型实施例中选择开关模块的电路原理图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，其示出了一种光伏并网发电系统的原理性框图。

本实用新型的一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统，主要包括光伏阵列、桥式整流器、充电控制器、稳压模块、蓄电池、双向变流器、选择开关模块、交流电网。光伏阵列通过桥式整流器与充电控制器相连接。其中，光伏阵列可采用分布式光伏单元组成，桥式整流器可采用不可控的全桥电力二极管组成。蓄电池可采用12V单体铅酸电池组成的电池组，或采用超级电容器。

如图1所示，充电控制器与所述蓄电池相连接。充电控制器和蓄电池分别通过稳压模块与用电设备中的直流负载相连接。稳压模块可采用带LC滤波器的BOOST电路，具有升压功能，能够为直流负载提供稳定的功率输出。

光伏阵列通过桥式整流器与双向变流器相连接。本例中的双向变流器不同于现有技术中已有的“双向变流器”概念，该双向变流器不具备能量双向流通的功能，仅指直流或交流电能都可以从一端流向另一端，且可以转变为负载所需的直流或交流形式。该双向变流器的电路虽然在本申请的附图中没有予以明示，但是基于本领域普通技术人员的基础知识是可以实施的，例如：以三相为例，使用电力IGBT的全桥结构作为本实用新型的双向变流器，通过合适的PWM控制信号，能够将一端的直流或电流收入转变为另一端的交流(直流)/直流(交流)输出。

见图1，将双向变流器与用电设备中的交流负载相连接，并且该双向变流器也通过前述的稳压模块与用电设备中的直流负载相连接。

交流电网通过交流接触器与选择开关模块相连接，选择开关模块与双向变流器相连接。

在太阳能充电的过程中，用电设备功率检测模块会检查是否有用电设备在用电和用电功率，同时太阳能输出的功率也会由充电控制器检测。充电控制器根据太阳能充电功率与用电设备的实时功率进行比较。如果太阳能提供的电能多于用电设备使用的电能，则多余的电能为蓄电池充电。如果太阳能提供的电能不够用电设备使用，则不足部分由蓄电池提供给用电设备。

在外接市电为蓄电池充电时，如果此时太阳能也输出电能，优先使用太阳能充电；在太阳能充电不足的情况下，再使用市电充电功能。

参见附图2，充电控制器主要包括微控制器U1、辅助充电模块、蓄电池电量检测模块、光伏功率检测模块。其中，微控制器U1分别连接辅助充电模块、蓄电池、光伏功率检测模块、稳压模块。辅助充电模块通过蓄电池电量检测模块与蓄电池相连接。辅助充电模块与用电设备功率检测模块连接，用电设备功率检测模块用于检测用电设备的负载功率。

本实用新型中，微控制器U1根据辅助充电模块的反馈信号开启或关闭对蓄电池的充电电路。具体是这样实现的：辅助充电模块由两个分立积分电路组成，分别预先设定蓄电池电量上限和下限对应的模拟信号值。蓄电池电量检测模块实时检测蓄电池的电量，并生成对应的模拟信号发送至辅助充电模块，辅助充电模块将设定的信号值与实时检测信号值的比较结果发给微控制器U1，由微控制器U1控制充电电路的通、断。上限阈值可设置成防止蓄电池过度充电，下限阈值设置成防止蓄电池欠充电。

又见附图1，作为蓄电池保护的辅助之一，在本实用新型的一实施例中设置用电设备功率检测模块，该用电设备功率检测模块中包含对直流负载的功率检测。当蓄电池电量低于下限阈值时，微控制器U1切断蓄电池对直流负载的输出，直接控制桥式整流器经稳压电路向直流负载供电。

附图3以单相电路为例示出了本实用新型中的选择开关模块的电路原理。以下仅描述单相电路涉及的电路结构。选择开关模块包含三个双向可控硅开关K1、K2、K3，和一个电容器C。在单相电路中，第一双向可控硅开关K1包括两个并联的双向可控硅，第二双向可控硅开关K2也包括两个并联的双向可控硅，第三双向可控硅开关K3为一个双向可控硅。

图3中开关K可以是交流接触器也可以是机械开关，当开关K断开时，光伏系统脱离电网独立运行。本实施例中，开关K设置为触点常闭状态。

本实用新型中的选择开关模块能够根据控制信号实现光伏系统(其输出端为双向变流器)与交流电网的串并联切换：第一双向可控硅开关K1断开，第二双向可控硅开关K2和第三双向可控硅开关K3导通时，光伏系统与交流电网实现串联运行，此时，交流电网向交流负载供电，光伏系统向直流负载供电，或控制双向变流器由光伏系统和交流电网同时向直流负载供电。第二双向可控硅开关K2断开，第一双向可控硅开关K1和第三双向可控硅开关K3导通时，光伏系统与交流电网实现并联运行，此时，光伏系统向直流负载供电，光伏系统和交流电网同时向交流负载供电。

当然，本实用新型的选择开关模块与双向变流器配合工作，还能够实现其他功能，如并联运行模式下，控制双向变流器可实现交流电网对蓄电池充电。

又参见附图2，充电控制器还包括光伏功率检测模块，若光伏阵列的输出功率大于用电设备所需功率(直流+交流)，即光伏阵列的输出电量有余量，此时如果由蓄电池电量检测模块反馈来的蓄电池的电量不满(未到设定的上限阈值)，则充电控制器中的微控制器U1启动充电电路向蓄电池充电；如果此时蓄电池电量已满，则经由微控制器U1控制选择开关模块选定并联运行模式，控制双向变流器向交流电网输出电能。若光伏阵列的输出功率小于用电设备所需功率，则由充电控制器中的微控制器U1启动蓄电池的输出电路为用电设备中的直流负载供电。此时，若蓄电池电量不足(即低于设定阈值)，则由微控制器U1控制选择开关模块启动交流电网的串联或并联模式。

所述光伏功率检测模块包括电压检测电路和电流检测电路；所述电压检测电路用于检测所述桥式整流器的输出电压，用于电流检测电路用于检测桥式整流器的输出电流。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统，其特征在于：主要包括光伏阵列、桥式整流器、充电控制器、稳压模块、蓄电池、双向变流器、选择开关模块、交流电网；

所述光伏阵列通过所述桥式整流器与所述充电控制器相连接；所述充电控制器与所述蓄电池相连接；所述充电控制器和所述蓄电池分别通过所述稳压模块与用电设备中的直流负载相连接；

所述充电控制器主要包括微控制器、辅助充电模块、蓄电池电量检测模块；其中，所述微控制器分别连接所述辅助充电模块、所述蓄电池、所述稳压模块；所述辅助充电模块通过所述蓄电池电量检测模块与所述蓄电池相连接；所述辅助充电模块与用电设备功率检测模块连接，所述用电设备功率检测模块用于检测用电设备的负载功率；

所述光伏阵列通过所述桥式整流器与所述双向变流器相连接；所述双向变流器与用电设备中的交流负载相连接，并且所述双向变流器通过所述稳压模块与用电设备中的直流负载相连接；

所述交流电网通过交流接触器与所述选择开关模块相连接，所述选择开关模块与所述双向变流器相连接；所述选择开关模块用于控制所述交流电网与所述双向变流器的串联或并联。

2.根据权利要求1所述的一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统，其特征在于：所述充电控制器还包括光伏功率检测模块，所述光伏功率检测模块与所述微控制器相连接。

3.根据权利要求1所述的一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统，其特征在于：所述选择开关模块包含第一双向可控硅开关、第二双向可控硅开关、第三双向可控硅开关，在单相电路中，第一双向可控硅开关包括两个并联的双向可控硅，第二双向可控硅开关包括两个并联的双向可控硅，第三双向可控硅开关为一个双向可控硅。

4.根据权利要求3所述的一种具有智能化功率分配功能的光伏并网发电系统，其特征在于：所述选择开关模块还包含一个电容器，所述电容器与所述第三双向可控硅开关并联。