CN211930316U - 一种风光互补发电系统直流柜 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种风光互补发电系统直流柜，包括柜体，所述柜体内设有控制电路板，所述控制电路板上设有包括风机控制接口、光伏控制接口、蓄电池组接口、逆变器接口，还包括测控单元，所述测控单元连接在主母排上，所述测控单元包括直流测量模块、I/O模块和计算机，还包括电流测量单元和电压测量单元，所述电流测量单元设置在各单元的输入端，电压测量单元设置在直流母线的输出端。本发明创造风光互补直流柜可为风机、光伏等可再生能源发电系统提供一个集成平台，充分满足不同形式、不同等级的发电设备配套使用，实现统一保护与集中监控，具有集成度高、可靠性好、保护功能全，可广泛应用于可再生能源发电领域。

Description

一种风光互补发电系统直流柜

技术领域

本发明创造属于风光互补发电技术领域，尤其是涉及一种风光互补发电系统直流柜。

背景技术

目前利用风能、太阳能已成为最环保、经济的可再生能源发电形式。由于风光互补发电形式具有资源互补性、供电安全性、稳定性均好于单一能源发电形式，得到更为广泛的应用。随着光伏发电、风力发电技术的日趋成熟，为风光互补发电系统的研发与优化奠定了技术基础。

同一厂商光伏发电装置和风力发电装置是通过风光互补控制器将光伏发电和风力发电的直流输出直接连在蓄电池组上，卸荷负载通常接在风机交流侧，未对直流母线进行保护。另外，风光互补发电系统均会采用不同厂商的产品，这些不同厂商的产品彼此无法兼容，造成一个个“孤岛”系统，集成不同厂商的光伏发电装置与风力发电装置，会面临着技术接口不统一的问题，各自独立的运行控制策略也对蓄电池的安全性和寿命有影响。各单元的监测模块分散独立、无法进行集中监控和诊断，未能形成统一完整的监控体系。多数控制器只有一路蓄电池组接口，不能满足扩容需求。因此，迫切需要一套统一的风光互补直流柜，能够对不同厂商、不同类别、不同型号的发电设备进行管理，实现对风光互补发电系统完整、统一的实时监测、控制和保护。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种风光互补发电系统直流柜，以解决上述背景技术中提到的问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种风光互补发电系统直流柜，包括柜体，所述柜体内设有控制电路板，所述控制电路板上设有包括风机控制接口、光伏控制接口、蓄电池组接口、逆变器接口，所述风机控制接口、光伏控制接口、蓄电池组接口、逆变器接口均连接在主母排上，形成不同的支路，

还包括测控单元，所述测控单元连接在主母排上，所述测控单元包括直流测量模块、I/O模块和计算机，所述直流测量模块用于测量直流系统中的电流、电压和功率，并通过计算机显示数据和运行状态；

还包括电流测量单元和电压测量单元，所述电流测量单元设置在各单元的输入端，电压测量单元设置在直流母线的输出端。

进一步的，所述直流柜包含多个输入、储能和逆变接口，各个接口模块均通过带通讯功能的塑壳直流断路器控制与系统的分、合状态，具有本地控制和远程控制两种模式。

进一步的，直流测量模块采用多功能直流表，实现集中测量，可同步监测各单元电气参数。

进一步的，所述电流测量单元采用霍尔电流传感器，电压测量单元采用霍尔电压传感器。

进一步的，在直流母线上还设有卸荷负载，卸荷负载的容量按1.2倍系统装机容量配置，可分为多级,可由直流接触器逐级投切。

进一步的，所述直流柜多个输入单元并联汇在直流母线，每一路输出都装有防反充二极管，还通过防反二极管搭建蓄电池分组的半桥电路。

进一步的，电压测量单元形成的回路上还设有熔断器。

进一步的，所述直流测量模块具有RS-485通讯接口，采用Modbus-RTU协议。

进一步的，主母排镀锡处理，空余处还设有热缩套管。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种风光互补发电系统直流柜具有以下优势：

(1)本发明创造的风光互补直流柜，可将多路光伏发电设备和风力发电设备汇流到直流母线，可接入多组蓄电池，同时增设直流母线的保护功能，对采集各支路电气数据，同步监控各单元电气参数，掌握整套系统的运行状况，制订不同的运行策略，通过软件平台对各支路断路器远程控制，可集中控制各发电单元的工作状态；

(2)本发明的风光互补直流柜可为风机、光伏等可再生能源发电系统提供一个集成平台，充分满足不同形式、不同等级的发电设备配套使用，实现统一保护与集中监控，具有集成度高、可靠性好、保护功能全，可广泛应用于可再生能源发电领域。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的一种风光互补发电系统直流柜原理示意图。

附图标记说明：

1-第一风机控制器接口；2-第二风机控制器接口；3-第一光伏控制器接口；4-第二光伏控制器接口；5-第一蓄电池组接口；6-第二蓄电池组接口；7-第一逆变器接口；8-第二逆变器接口；9-卸荷负载；10-直流测量模块；11-I/O模块；12-防反二极管；13-霍尔电流传感器；14-断路器；15-浪涌保护器；16-接触器；17-霍尔电压传感器；18-电压传感器接口；19-电流传感器接口；20-断路器控制信号；21-接触器控制信号；22-RS485接口；23-电源输入接口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1所示，本直流柜包括2个风机控制器输入接口，2个光伏控制器接口，2个蓄电池组接口和2个逆变器接口，测控系统，电流测量单元，电压测量单元；

以上设备都连接在主母排上，各设备的接线形成支路，母线电压由蓄电池组的端电压确定。根据线路的最大电流确定母排的尺寸，在母排的连接处都会做镀锡处理，空余处加热缩套管保护，并且拧紧连接处的螺钉，防止电流大时烧熔铜排；

为了保护各设备，各设备均通过塑壳直流断路器控制与系统的分、合状态，塑壳直流断路器14具有快速闭合和快速分断功能，同时具有过载长延时保护、短路瞬时保护等功能。为同时满足手动操作和电动操作，选用带有电操机构配合直流断路器,可以实现遥控和自动控制。安装现场的断路器，可以通过网络或通信通道，进行远距离分合闸操作；

本实施例中电压测量回路需要熔断器进行保护，防止因仪表短路引起电压下降，而导致继电保护失压误动。浪涌保护器15加熔断器用于防止过大的电流冲击没法被保护器吸收，以起到熔断保险、保护系统电路的作用。浪涌保护器本身如果出现故障，会出现长时间接通状态，造成系统短路，需要前端的熔断器及时切断接地回路，保证回路正常工作。

本实施例中，浪涌保护器15可为直流柜中母线上各设备提供安全防护。当电气回路因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

本实施例中直流柜输出并联汇在直流母线，每一路输出都装有防反二极管12，避免其他单元控制柜或蓄电池组向该单元控制柜输出端充电，同时也防止在启动时蓄电池电压向该单元控制柜输出端电容充电。

同时通过防反二极管12搭建了蓄电池分组的半桥式电路，避免了不同蓄电池组之间因电压不平衡而导致互充现象。

本实施例中，选用霍尔电流传感器13和霍尔电压传感器17作为电流、电压的测量工具，霍尔电流传感器13布置在各单元的输入端，霍尔电压传感器17布置在直流母线的输出端，传感器将信号传输至直流模块进行计算、处理。集中采集各节点电气参数，可行成同步数据，更全面的监测发电系统运行情况，作出合理的运行控制策略。

本实施例中，由直流测量模块10、I/O模块11和计算机构成了测控系统，选用智能多路直流模块，可测量直流系统中的电流、电压和功率，该模块可通过计算机显示数据和运行状态。该模块可具有RS-485通讯接口，采用Modbus-RTU协议，根据不同要求，对变比、报警、通讯进行设置与控制。模块可测量多路直流电流及路直流电压量。I/O模块接收计算机发电的命令，可控制各断路器和接触器的分、合状态，还可以显示各开关、保扩器及报警设备的状态信息，并做出控制。

在风光互补发电系统中，因存在风机的飞车问题，风力发电设备不能随意投切，光伏发电设备可以随时投切，所以一旦直流母电压过高，先切断光伏发电单元，如直流母电压仍未降低而风机不能刹车，则逐级投入卸荷负载。本实施例中在直流母线上接卸荷负载，当蓄电池电压超过过压保护值时，接通卸荷负载9，为发电功率提供泄放途径。卸荷负载9的容量按1.2倍系统装机容量配置，可分为多级,可由直流接触器逐级投切。

本发明创造的直流柜不仅可用于风光互补发电系统，也可以接入潮流能、波浪能发电装置，形成多能互补的供电形式，该直流柜只允许直流接入，需统一接入形式和技术规格。

本发明创造的直流柜主要用来连接风机控制器、光伏控制器，提供直流输入接口，将风机和光伏输入的直流电源进行汇流后存入蓄电池，并接入逆变器。直流柜采用高性能元器件，智能化程序设计使系统连续稳定运行，可实现风机和光伏输出的电能汇流、扩容、存储、保护和监测的功能。

本发明创造实现了将风机和光伏多路不稳定的直流输入并流在直流母线上，通过蓄电池缓冲稳压，向逆变器提供稳定的直流输出。

本发明创造设计多路风机控制器和光伏控制器的输入接口，可扩充装机容量，设计多路蓄电池接口，可增大储能容量。根据不同设计容量，选择不同型号的电气元件。

本发明创造的直流母线上配有多级卸荷负载，根据母线电压接入多级负载，保证直流母线电压处于蓄电池的保护电压之下。

本发明创造可以检测各支路的电压、电流、功率、防雷状态、开关状态等信息，具有标准的RS485数字通讯接口与监控系统连接。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风光互补发电系统直流柜，包括柜体，所述柜体内设有控制电路板，其特征在于：所述控制电路板上设有包括风机控制接口、光伏控制接口、蓄电池组接口、逆变器接口，所述风机控制接口、光伏控制接口、蓄电池组接口、逆变器接口均连接在主母排上，形成不同的支路，

还包括测控单元，所述测控单元连接在主母排上，所述测控单元包括直流测量模块、I/O模块和计算机，所述直流测量模块用于测量直流系统中的电流、电压和功率，并通过计算机显示数据和运行状态；

还包括电流测量单元和电压测量单元，所述电流测量单元设置在各单元的输入端，电压测量单元设置在直流母线的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种风光互补发电系统直流柜，其特征在于：所述直流柜包含多个输入、储能和逆变接口，各个接口模块均通过带通讯功能的塑壳直流断路器控制与系统的分、合状态，具有本地控制和远程控制两种模式。

3.根据权利要求1所述的一种风光互补发电系统直流柜，其特征在于：所述直流测量模块采用多功能直流表，实现集中测量，可同步监测各单元电气参数。

4.根据权利要求1所述的一种风光互补发电系统直流柜，其特征在于：所述电流测量单元采用霍尔电流传感器，电压测量单元采用霍尔电压传感器。

5.根据权利要求1所述的一种风光互补发电系统直流柜，其特征在于：在直流母线上还设有卸荷负载，卸荷负载的容量按1.2倍系统装机容量配置，可分为多级,可由直流接触器逐级投切。

6.根据权利要求1所述的一种风光互补发电系统直流柜，其特征在于：所述直流柜的多个输入单元并联汇在直流母线，每一路输出都装有防反二极管，还通过防反二极管搭建蓄电池分组的半桥电路。

7.根据权利要求1所述的一种风光互补发电系统直流柜，其特征在于：电压测量单元形成的回路上还设有熔断器。

8.根据权利要求1所述的一种风光互补发电系统直流柜，其特征在于：所述直流测量模块具有RS-485通讯接口，采用Modbus-RTU协议。

9.根据权利要求1所述的一种风光互补发电系统直流柜，其特征在于：主母排镀锡处理，空余处还设有热缩套管。

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