CN207184068U - 一种户用型离网并网一体化光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

一种户用型离网并网一体化光伏发电系统，包括有光伏组件、蓄电池组、混合型逆变器、直流汇流箱、交流配电箱和控制系统，所述混合逆变器包括有双向逆变器和并网型逆变器，所述光伏组件与直流汇流箱串联后与并网型逆变器连接，所述蓄电池组通过控制系统与双向逆变器连接，所述直流汇流箱连接控制系统，所述混合逆变器通过线缆连接交流配电箱，实现发电系统与公共电网并网，并向用户供电。同时，通过控制系统用户可以错峰用电，在电价较贵的用电时段，用户可采用光伏组件和蓄电池供电，在电价便宜的时段，可提前储存公共电网的电能。

Description

一种户用型离网并网一体化光伏发电系统

技术领域

本发明涉及光伏发电应用领域，尤其涉及一种户用型离网并网一体化多功能的光伏发电应用系统。

背景技术

随着光伏发电技术日益成熟，成本大幅下降，再加上我国补贴政策的大力支持，光伏发电正在迅速进入寻常百姓家。目前国内普遍采用单一的并网型光伏发电系统，一方面，当公用电网出现故障或检修时，并网型光伏发电系统不能工作，用户用电受到影响，对光资源也是一种浪费。另一方面，大量用户使用光伏发电系统，对周边的公共电网也会产生冲击。

实用新型内容

针对目前并网型户用光伏发电系统存在的劣势，提供了一种采用离网并网一体化光伏发电系统的技术方案，用户可以不受当地天气变化、公共电网状况等因素正常用电外，还可以“错峰用电”，节省用电成本，也可以对公共电网“削峰填谷”起到一定调节能力。

本实用新型的一种户用型离网并网一体化光伏发电系统，包括有光伏组件、蓄电池组、混合型逆变器、直流汇流箱、交流配电箱和控制系统，所述混合逆变器包括有双向逆变器和并网型逆变器，多组所述光伏组件采用直流线缆与直流汇流箱串联后与并网型逆变器连接，所述蓄电池组通过控制系统采用直流线缆与双向逆变器连接，所述直流汇流箱采用直流线缆连接控制系统，所述混合逆变器通过线缆连接交流配电箱，实现发电系统与公共电网(市电)并网，并向用户供电。

优选地，光伏组件通过光伏专用直流线缆连接到并网型逆变器的直流接线柱上。光伏组件的总功率需在并网型逆变器允许输入最大直流功率范围内。

优选地，蓄电池组的容量根据用户负荷和用电时长灵活选配，例如，220V电压等级的用户负荷为4kW,蓄电池供电2小时，则蓄电池容量为8kWh。蓄电池组通过控制系统连接到双向逆变器的直流接线柱上，双向逆变器的交流接线柱采用交流线缆接到交流配电箱上。

优选地，所述控制系统包括有电池管理模块，所述电池管理模块设有故障诊断模块、热管理模块和电池均衡模块，所述故障诊断模块是根据电池组的运行状态以及电池管理模块自检状态进行故障诊断；所述热管理模块对蓄电池组的加热及通风进行控制；所述电池均衡模块具有大电流低损耗主动均衡功能，改善电池的循环性能。

所述故障诊断模块采集蓄电池在充放电过程中的电流是否异常(避免过流或短路)，所述故障诊断模块测量电池组各个模块的电压是否异常(避免过充或过放)，检测蓄电池在充放电过程中的温度是否异常，监测动力电池组总电压以及与电池组与载体之间的绝缘是否符合要求，监测通讯状态是否异常。

所述热管理模块在电池温度较高时,进行有效散热，防止产生热失控事故；在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。

所述电池均衡模块能够保证不同电芯之间荷电状态达到一致，避免单个电池在充电时被过充，放电时被过放，充分均衡过程能使电池组容量达到最大。

所述电池管理模块还包括有中央控制单元和继电器模块，所述中央控制单元采集、分析数据，收发控制信号；通过输出高低电平信号来控制驱动继电器的闭合和断开。所述继电器模块通过继电器的吸合和断开，来控制蓄电池组与外界的的接通或断开。

优选地，所述控制系统进一步包括有充电控制模块，所述充电控制模块控制光伏发电系统的电压、电流与蓄电池组匹配，并启动或关停混合逆变器。更具体的，所述直流汇流箱采用直流线缆连接充电控制模块。

优选地，所述控制系统还包括有监控模块，所述监控模块进行充放电优先级别的设置，所述充放电优先级别包括有蓄电池充放电优先级、市电供电优先级和光伏供电优先级等。所述监控模块设有状态监测模块、保护控制与警告模块和人机交互模块，所述状态监测模块是对单体电池电压、温度(每支单体电池极柱温度)、电池组总电压、总电进行实时监测；所述保护控制与警告模块是在电池管理模块发生故障时，上报故障代码或输出开关量控制信号给监控模块，由外围元件执行相应保护和告警动作；通过所述人机交互模块进行运行状态监控和系统设备运行参数设置。

优选地，所述控制系统还包括有数据采集模块，所述数据采集模块通过通讯线分别与蓄电池组、混合型逆变器、充电控制模块、直流汇流箱及交流配电箱连接，采集各个设备的电压、电流、功率因数、频率等技术参数和蓄电池组的充放电状态和功率容量，然后输出到监控模块进行分析处理。

优选地，所述控制系统还包括有环境监测模块，所述环境监测模块设有辐照度传感器、气温气压传感器、组件温度传感器和风速风向传感器，把监测日照辐照度、气压、风速、风向、气温及光伏组件温度反馈给监控模块，监控模块根据反馈的信息和各设备的工作状态参数进行综合分析判断再发指令给充电控制模块和混合逆变器；还可以通过对辐照度的采集预知光伏发电系统的发电功率。充电控制模块根据信息进行优先级判断工作，当光照良好的情况下，光伏组件通过混合型逆变器中的整流单元对蓄电池组进行充电，同时对用户用电设备供电；当光照不足的情况下，光伏组件和蓄电池组通过混合型逆变器同时对用户用电设备供电，电能不足时由公共电网补充。

本实用新型包括有光伏组件、蓄电池组、混合型逆变器、直流汇流箱、交流配电箱和控制系统，所述控制系统中设有电池管理模块、充电控制模块、监控模块、数据采集模块和环境监测模块，实现在当日照充足时，光伏组件将太阳能转变成电能再通过混合型逆变器输出电能；当日照较差或者晚上时，蓄电池通过混合型逆变器输出电能，户用型离网并网一体化光伏发电系统通过控制系统整体调节光伏组件，蓄电池和公共电网之间的配合。同时，数据采集模块设有人机交互模块，在将数据传送到监控模块的同时，也可通过无线通信与用户手机客户终端实施互动。

附图说明

图1为本实用新型的架构框图；

图2为本实用新型控制系统的架构框图；

图3为本实用新型设置蓄电池组充电优先级的工作流程图；

图4为本实用新型设置市电供电优先级的工作流程图。

图中，1为光伏组件，21为双向逆变器，22为并网型逆变器，3为蓄电池组，4为控制系统，41为电池管理模块，410为故障诊断模块，411为电池均衡模块，412为热管理模块，413继电器模块，414中央控制单元，42为充电控制模块，43为监控模块，430为状态监测模块，431为保护控制与警告模块，432为人机交互模块，44为数据采集模块，45为环境监测模块，451为辐照度传感器，452为气温气压传感器，453为组件温度传感器，454为风速风力传感器，5为直流汇流箱，6为交流配电箱。

具体实施方式

参照图1和图2，本实用新型提供了一种户用型离网并网一体化光伏发电系统，包括有光伏组件1、蓄电池组3、混合型逆变器、直流汇流箱5、交流配电箱6和控制系统4，所述混合逆变器包括有双向逆变器21和并网型逆变器22，所述光伏组件1与直流汇流箱5串联后与并网型逆变器22连接，所述蓄电池组3通过控制系统4与双向逆变器21连接，所述直流汇流箱5连接控制系统4，所述混合逆变器通过线缆连接交流配电箱6，实现发电系统与市电并网，并向用户供电。

所述并网型逆变器22是把直流逆变成交流，而且交流输出端需与公共电网连接，其检测到公共电网的信号才能开机；双向逆变器21是把直流逆变成交流，交流整流成直流的双向逆变器，可离网、并网模式下运行。

光伏组件1通过光伏专用直流线缆连接到并网型逆变器22的直流接线柱上。光伏组件1的总功率需在并网逆变器22允许输入最大直流功率范围内。

蓄电池组3的容量根据用户负荷和用电时长灵活选配，例如，220V电压等级的用户负荷为4kW,蓄电池供电2小时，则蓄电池容量为8kWh。蓄电池组3通过控制系统4连接到双向逆变器21的直流接线柱上，双向逆变器21的交流接线柱采用交流线缆接到交流配电箱6上。

所述控制系统4包括有电池管理模块41，所述电池管理模块41设有故障诊断模块410、热管理模块411和电池均衡模块412，所述故障诊断模块410是根据电池组的运行状态以及电池管理模块41自检状态进行故障分级诊断；所述热管理模块411对蓄电池组3的加热及通风进行控制；所述电池均衡模块412是具有大电流低损耗主动均衡功能，改善电池的循环性能。

所述故障诊断模块410采集蓄电池在充放电过程中的电流是否异常(避免过流或短路)，所述故障诊断模块410测量电池组各个模块的电压是否异常(避免过充或过放)，检测蓄电池在充放电过程中的温度是否异常，监测动力电池组总电压以及与电池组与载体之间的绝缘是否符合要求，监测通讯状态是否异常。

所述热管理模块411在电池温度较高时,进行有效散热，防止产生热失控事故；在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。

所述电池均衡模块412能够保证不同电芯之间荷电状态达到一致，避免单个电池在充电时被过充，放电时被过放，充分均衡过程能使电池组容量达到最大。

所述电池管理模块41还包括有中央控制单元414和继电器模块413，所述中央控制单元414采集、分析数据，收发控制信号；通过输出高低电平信号来控制驱动继电器的闭合和断开。所述继电器模块413通过继电器的吸合和断开，来控制蓄电池组与外界的的接通或断开。

所述控制系统4进一步包括有充电控制模块42，所述充电控制模块42控制光伏发电系统的电压、电流与蓄电池组匹配，其并启动或关停混合逆变器。

所述控制系统4还包括有监控模块43，所述监控模块43设有状态监测模块430、保护控制与警告模块431和人机交互模块432，所述状态监测模块430是对单体电池电压、温度(每支单体电池极柱温度)、电池组总电压、总电进行实时监测；所述保护控制与警告模块431是在电池管理模块41发生故障时，上报故障代码或输出开关量控制信号，由外围元件执行相应保护和告警动作；通过所述人机交互模块432进行运行状态监控和系统设备参数设置。

所述监控模块45进行充放电优先级别的设置，所述充放电优先级别包括有蓄电池充放电优先级、市电供电优先级和光伏供电优先级等。当晚上用电高峰时，可通控制系统4控制蓄电池组3向用户用电设备供电，从而错峰用电，降低用电成本。

下面，对优先级设置的具体实施方式进行说明：

对蓄电池组充放电的优先级设置，首先，环境监测模块45将监测到的天气参数发送给监控模块43，数据采集模块44将采集到的蓄电池组电池参数发送给监控模块45；其次，监控模块45对天气参数和电池参数进行分析处理，并产生指令；然后，电池管理模块41接收指令；最后，电池管理模块41对光伏组件1供电的电压电流是否稳定进行判断，若稳定，则光伏组件1对蓄电池组3进行充电；若不稳定，则继续判断蓄电池组3的电池容量是否充足，若是，充电控制模块42启动双向逆变器21对用户供电；若否，则充电控制模块42启动双向逆变器21，市电给蓄电池组3充电。

对市电供电的优先级设置，首先，环境监测模块45将监测到的天气参数发送给监控模块43，数据采集模块44将采集到的蓄电池组电池参数发送给监控模块43；其次，监控模块43对天气参数和电池参数进行分析处理；然后，监控模块41对辐照度是否为零或较低、蓄电池组电池电量较低进行判断，并发出指令；最后，充电控制模块42接收指令，若是，则充电控制模块42启动双向逆变器21，市电对蓄电池组和用户供电；若否，充电控制模块42关停混合逆变器，市电对用户供电。

所述控制系统4还包括有数据采集模块44，所述数据采集模块通过线缆与、蓄电池组3、混合型逆变器、充电控制模块42、直流汇流箱5及交流配电箱6连接，采集各个设备的电压、电流、功率因数、频率等技术参数和蓄电池组充放电状态和功率容量，然后输出到监控模块43分析处理。

所述控制系统4还包括有环境监测模块45，所述环境监测模块45设有辐照度传感器、气温气压传感器、组件温度传感器和风速风向传感器，把监测日照辐照度、气压、风速、风向、气温及光伏组件1温度反馈给监控模块45，监控模块45根据反馈的信息和各设备的工作状态参数进行综合分析判断再发指令给充电控制模块42和混合逆变器。充电控制模块根据信息进行优先级判断工作，当光照良好的情况下，光伏组件1通过混合型逆变器中的整流单元对蓄电池组3进行充电，同时对用户用电设备供电；当光照不足的情况下，光伏组件1和蓄电池组3通过混合型逆变器的逆变模块同时对用户用电设备供电，电能不足时由公共电网补充。

用户在错峰用电的情况下,在电价较贵的用电时段，用户采用光伏组件1和蓄电池组3供电；在电价便宜的时段，提前储存公共电网的电能。用户用电在一定时间内不受公共电网的影响，这对提高偏远地区或者山区居民用电质量具有一定意义；大量用户错峰用，间接实现了电网的削峰填谷，减轻公共电网的供电压力。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种户用型离网并网一体化光伏发电系统，其特征在于：包括有光伏组件、蓄电池组、混合型逆变器、直流汇流箱、交流配电箱和控制系统，所述混合型逆变器包括有双向逆变器和并网型逆变器，所述光伏组件与直流汇流箱串联后与并网型逆变器连接，所述蓄电池组通过控制系统与双向逆变器连接，所述直流汇流箱连接控制系统，所述混合型逆变器通过线缆连接交流配电箱，实现发电系统与公共电网并网，并向用户供电。

2.根据权利要求1所述的户用型离网并网一体化光伏发电系统，其特征在于：所述控制系统包括有电池管理模块，所述电池管理模块设有故障诊断模块，所述故障诊断模块根据蓄电池组的运行状态以及电池管理模块自检状态进行故障诊断。

3.根据权利要求2所述的户用型离网并网一体化光伏发电系统，其特征在于：所述电池管理模块设有热管理模块，其用于对光伏组件和蓄电池组的加热及通风进行控制。

4.根据权利要求2所述的户用型离网并网一体化光伏发电系统，其特征在于：所述电池管理模块设有电池均衡模块，其通过对电池组单体电压的采集，进行单体间的均衡充电使组中各电池达到均衡一致的状态，改善电池的循环性能。

5.根据权利要求2所述的户用型离网并网一体化光伏发电系统，其特征在于：所述控制系统包括有充电控制模块，所述充电控制模块控制光伏发电系统的电压、电流与蓄电池组匹配，并启动或关停混合型逆变器。

6.根据权利要求2所述的户用型离网并网一体化光伏发电系统，其特征在于：所述控制系统还包括有监控模块，所述监控模块进行充放电优先级别的设置，所述监控模块设有状态监测模块，其对单体电池电压、温度、电池组总电压、总电进行实时监测，并将对应的参数分析处理。

7.根据权利要求6所述的户用型离网并网一体化光伏发电系统，其特征在于：所述监控模块设有保护控制与警告模块，在电池管理模块发生故障时，其上报故障代码或输出开关量控制信号给监控模块，保护控制与警告模块外围元件执行相应保护和告警动作。

8.根据权利要求6所述的户用型离网并网一体化光伏发电系统，其特征在于：所述监控模块设有人机交互模块，通过所述人机交互模块进行运行状态监控和系统设备运行参数设置。

9.根据权利要求4所述的户用型离网并网一体化光伏发电系统，其特征在于：所述控制系统包括有数据采集模块，所述数据采集模块分别与、蓄电池组、混合型逆变器、充电控制模块、直流汇流箱及交流配电箱连接，采集混合型逆变器、充电控制模块、直流汇流箱及交流配电箱的电压、电流、功率因数、频率参数和蓄电池组的充放电状态和功率容量，输出到监控模块进行分析处理。

10.根据权利要求5所述的户用型离网并网一体化光伏发电系统，其特征在于：所述控制系统包括有环境监测模块，所述环境监测模块设有辐照度传感器、气温气压传感器、组件温度传感器和风速风向传感器，把监测日照辐照度、气压、风速、风向、气温及光伏组件温度反馈给监控模块。