CN213717630U - 一种基于光伏发电的用户侧储能设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光伏发电的用户侧储能设备，所述设备包括光伏模块、开关模块、控制模块、双向变流模块和继电器模块，且所述光伏模块包括多个光伏阵列和光伏汇流采集器；所述开关模块包括第一开关，所述多个光伏阵列与所述光伏汇流采集器相连接，所述光伏汇流采集器通过所述第一开关与所述双向变流模块相连接，所述双向变流模块与所述继电器模块相连接，所述继电器模块连接交流电网，且在所述继电器模块和交流电网之间连接有负载；所述第一开关的控制端、所述继电器模块的控制端和所述双向变流模块的控制端分别与所述控制模块的输出端相连接。本实用新型实施例可满足多个光伏阵列的接入使用与统一管理，具备较好的实用性。

Description

一种基于光伏发电的用户侧储能设备

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及一种基于光伏发电的用户侧储能设备。

背景技术

目前电网普遍存在峰谷差大、调峰困难的问题，不断增大的峰谷差使得调峰问题愈发突出，往往导致电网在用电负荷高峰期处于低电压运行状态，而在用电负荷低谷期处于容量过剩状态，严重影响电力系统用户侧的供电质量和经济效益。因此，技术人员从理论上提出用户侧储能设备来解决当前电网供电缺陷。

现有的用户侧储能设备通常以蓄电池组和光伏阵列作为两大并网能量来源，考虑到接线复杂度与管理难度的问题，该储能设备在硬件上限定采用单一的光伏阵列，使得功能效果不理想。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于光伏发电的用户侧储能设备，可满足多个光伏阵列的接入使用与统一管理，具备较好的实用性。

相应的，本实用新型提出了一种基于光伏发电的用户侧储能设备，所述设备包括光伏模块、开关模块、控制模块、双向变流模块和继电器模块，且所述光伏模块包括多个光伏阵列和光伏汇流采集器；

所述开关模块包括第一开关，所述多个光伏阵列与所述光伏汇流采集器相连接，所述光伏汇流采集器通过所述第一开关与所述双向变流模块相连接，所述双向变流模块与所述继电器模块相连接，所述继电器模块连接交流电网，且在所述继电器模块和交流电网之间连接有负载；

所述第一开关的控制端与所述控制模块的输出端相连接，所述继电器模块的控制端与所述控制模块的输出端相连接，所述双向变流模块的控制端与所述控制模块的输出端相连接。

可选的实施方式，所述设备还包括电池模块和保护模块；

所述开关模块还包括第二开关，所述电池模块与所述保护模块相连接，所述保护模块通过所述第二开关与所述双向变流模块相连接，所述第二开关的控制端与所述控制模块的输出端相连接。

可选的实施方式，所述电池模块包括电池组件和电源管理器；

所述电池组件与所述保护模块相连接，所述电源管理器的输入端与所述电池组件相连接，所述电源管理器的输出端与所述控制模块的输入端相连接。

可选的实施方式，所述保护模块包括自恢复保险丝。

可选的实施方式，所述第一开关为SPST单刀单掷开关，所述第二开关为SP3T单刀三掷开关。

可选的实施方式，所述光伏汇流采集器上设置有RS485接口，所述RS485接口基于数据线与所述控制模块相连接。

可选的实施方式，所述设备还包括采样模块，所述采样模块包括电压传感器和光照传感器；

所述电压传感器的输入端连接交流电网，所述电压传感器的输出端与所述控制模块的输入端相连接；所述光照传感器与所述控制模块的输入端相连接。

可选的实施方式，所述控制模块包括型号为TMS320F2812的DSP处理器。

可选的实施方式，所述双向变流模块包括型号为GW5048D-ES的双向储能光伏逆变器。

可选的实施方式，所述电池组件为水系锂离子电池。

本实用新型实施例所提出的用户侧储能设备，通过设置光伏汇流采集器可满足多个光伏阵列的接入使用与统一管理，有利于高效采集太阳能，具备较好的实用性；由于本设备以电池组件作为储能媒介，通过在电池组件的正极端设置一个保护模块，基于其动作时间小于开关模块的动作时间，可在短路等故障情况下对电池组件起到快速保护功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型实施例公开的一种基于光伏发电的用户侧储能设备的结构组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型实施例中的一种基于光伏发电的用户侧储能设备的结构组成示意图，所述设备包括光伏模块、开关模块、控制模块、双向变流模块和继电器模块，其中所述光伏模块包括多个光伏阵列和光伏汇流采集器。

基本的，所述开关模块包括第一开关，所述多个光伏阵列与所述光伏汇流采集器相连接，所述光伏汇流采集器通过所述第一开关与所述双向变流模块相连接，所述双向变流模块与所述继电器模块相连接，所述继电器模块连接交流电网，且在所述继电器模块和交流电网之间连接有负载；所述第一开关的控制端与所述控制模块的输出端相连接，所述继电器模块的控制端与所述控制模块的输出端相连接，所述双向变流模块的控制端与所述控制模块的输出端相连接。

其中，所述光伏汇流采集器选用安科瑞电气股份公司AGF-M系列产品，可接受正极或者负极汇流测量方式，且板载光伏专用熔断器，既可保证实现对所述多个光伏阵列的汇流功能，又对整个设备起到保护作用。在本实用新型实施例中，通过设置所述多个光伏阵列可高效地采集太阳能，在电网负荷高峰期时将保障能量的可连续性，同时利用所述光伏汇流采集器完成对所述多个光伏阵列的接入使用与统一管理，以生成对所述多个光伏阵列的电池板状态监测信息以及对所述多个光伏阵列的当前电流测量值；此外，基于所述光伏汇流采集器上设置有RS485接口，且所述RS485接口基于数据线与所述控制模块相连接，可达到将所述电池板状态监测信息和所述当前电流测量值上传至所述控制模块的目的，以辅助所述控制模块对所述第二开关的动作控制。

进一步的，所述设备还包括电池模块和保护模块；所述开关模块还包括第二开关，所述电池模块与所述保护模块相连接，所述保护模块通过所述第二开关与所述双向变流模块相连接，所述第二开关的控制端与所述控制模块的输出端相连接。

其中，所述保护模块包括自恢复保险丝，其由高科技聚合树脂和纳米导电晶粒经过特殊工艺所制成，具备寿命长、反应灵敏、尺寸小等优点，可在线路故障产生异常电流时迅速断开导电通路，且在故障排除后自行恢复至导电通路的正常工作，其反应时间小于所述第二开关的动作时间，应用在本实用新型实施例中通过与所述电池组件正极端的连接，可防止在过大电流、极性反接、电源过高等情况发生时对所述电池组件造成损坏，可最大化地降低设备维修成本。

具体的，所述电池模块包括电池组件和电源管理器；所述电池组件与所述保护模块相连接，所述电源管理器的输入端与所述电池组件相连接，所述电源管理器的输出端与所述控制模块的输入端相连接。在本实用新型实施例中，所述电源管理器可在所述设备充电过程中或者放电过程中完成对所述电池组件状态的实时检测和故障诊断，并通过总线连接的方式将各个测试信息更新至所述控制模块，以便所述控制模块实行更为合理的控制策略，包括调整对所述开关模块和所述继电器模块的动作控制指令、以及更新对所述双向变流模块的输出控制信号；此外，所述电源管理器上设置有报警信号输出端口，通过外接报警器可对所述电池组件可能出现的故障进行及时示警，以保证所述电池组件处于安全稳定的运行状态。

其中，所述电池组件选用水系锂离子电池，其具备安全性能较高、无环境污染、低成本、高功率等优点，可避免技术人员需要考虑到对现有锂离子电池进行室外保护的复杂度。

进一步的，所述设备还包括采样模块，所述采样模块包括电压传感器和光照传感器；所述电压传感器的输入端连接交流电网，所述电压传感器的输出端与所述控制模块的输入端相连接；所述光照传感器与所述控制模块的输入端相连接。在本实用新型实施例中，利用电压传感器可在各种自动检测、控制系统中对高速变化的交、直流电压信号进行跟踪采集的能力，来完成对交流电网侧的输出电压信号进行实时采集；所述光照传感器选用型号为BH1750的光照传感器，其具备接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性，且具有输入光范围广泛、光源依赖性弱等优点，可通过50Hz/60Hz除光噪音功能来实现对当前环境下的光照数据稳定测量，以辅助所述控制模块对所述设备充电方式的设定，保证对当前资源的合理化利用。

进一步的，所述控制模块包括型号为TMS320F2812的DSP处理器，其工作频率达到150M，可保证在处理高速变化的电网电压信号时的响应快速性和实时性。此外，所述控制模块还包括与所述DSP处理器的输入端相连接的A/D采样电路，根据外部商定的系统采样频率对所述电压传感器所输出的当前电压信号进行采样。在实施过程中，将基于所述DSP处理器中的软件程序调用交流电网侧前一刻的电压信号与采样到的当前电压信号进行差值判断和电压阈值判断，获取交流电网侧的当前电力情况(电力充足或者电力紧张)，最后由所述DSP处理器提供相应的SPWM波形和开关信号控制所述双向变流模块实现直流电能和交流电能的双向流动，从而实现所述用户侧储能设备的并网充放电控制。

进一步的，所述双向变流模块包括型号为GW5048D-ES的双向储能光伏逆变器，具备防护等级较高、模式切换时间较短、对电网无污染等优点，可适用于户外工作，主要表现为正弦逆变工作状态和整流充电工作状态之间的实时切换，在适配所述电池模块和所述光伏模块后可解决电网欠发达地区的用电刚需，促进电网电力紧张地区/时间段的用电改善，以及在电网供电充足时间段的电能存储，可节约用户侧的用电成本。

在本实用新型实施例中，基于所述光伏模块在整个设备中仅起到放电功能，所述第一开关选用SPST单刀单掷开关来控制放电通路的通断；基于所述电池模块在整个设备中可起到放电功能以及充电功能，所述第二开关选用SP3T单刀三掷开关来控制对放电通路导通状态、充电通路导通状态、断路状态的选择，即设定：所述第二开关的动触点与所述保护模块相连接，所述第二开关的第一个静触点与所述双向变流模块的输入端相连接(放电通路)，所述第二开关的第二个静触点与所述双向变流模块的输出端相连接(充电通路)，所述第二开关的第三个静触点悬空(断路状态)。

结合交流电网侧的当前电压值与当前环境光照强度，所述控制模块对整个设备的工作状态进行适应性调整，分别如下：(1)当交流电网侧处于用电高峰期时，此时所述继电器模块处于闭合状态，控制所述双向变流模块切换为正弦逆变工作模式，且基于当前环境光照强度充足的情况下控制所述第一开关处于闭合状态、所述第二开关的刀闸切换至第三个静触点，仅利用所述光伏汇流采集器给负载供电，即所述光伏汇流采集器作为所述双向变流模块的输入端；或者基于当前环境光照强度不足的情况下控制所述第一开关处于断开状态、所述第二开关的刀闸切换至第一个静触点，仅利用所述电池组件给负载供电，即所述电池组件作为所述双向变流模块的输入端；(2)当交流电网侧处于用电缓和期时，控制所述双向逆变模块切换为整流充电工作模式，且基于当前环境光照强度充足的情况下控制所述继电器模块处于断开状态、所述第一开关处于闭合状态、所述第二开关的刀闸切换至第二个静触点，仅利用所述光伏汇流采集器给所述电池组件充电，即所述光伏汇流采集器作为所述双向变流模块的输入端，所述电池组件作为所述双向变流模块的输出端；或者基于当前环境光照强度不足的情况下控制所述继电器模块处于闭合状态、所述第一开关处于断开状态、所述第二开关的刀闸切换至第二个静触点，仅利用交流电网给所述电池组件充电，即交流电网作为所述双向变流模块的输入端，所述电池组件作为所述双向变流模块的输出端。通过为所述双向变流模块选择单一的输入端，可同时减轻所述控制模块和所述双向变流模块的运行压力，保障所述设备的稳定性和可靠性。

本实用新型实施例所提出的用户侧储能设备，通过设置光伏汇流采集器可满足多个光伏阵列的接入使用与统一管理，有利于高效采集太阳能，具备较好的实用性；由于本设备以电池组件作为储能媒介，通过在电池组件的正极端设置一个保护模块，基于其动作时间小于开关模块的动作时间，可在短路等故障情况下对电池组件起到快速保护功能。

以上对本实用新型实施例所提供的一种基于光伏发电的用户侧储能设备进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种基于光伏发电的用户侧储能设备，其特征在于，所述设备包括光伏模块、开关模块、控制模块、双向变流模块和继电器模块，且所述光伏模块包括多个光伏阵列和光伏汇流采集器；

所述开关模块包括第一开关，所述多个光伏阵列与所述光伏汇流采集器相连接，所述光伏汇流采集器通过所述第一开关与所述双向变流模块相连接，所述双向变流模块与所述继电器模块相连接，所述继电器模块连接交流电网，且在所述继电器模块和交流电网之间连接有负载；

所述第一开关的控制端与所述控制模块的输出端相连接，所述继电器模块的控制端与所述控制模块的输出端相连接，所述双向变流模块的控制端与所述控制模块的输出端相连接。

2.根据权利要求1所述的用户侧储能设备，其特征在于，所述设备还包括电池模块和保护模块；

所述开关模块还包括第二开关，所述电池模块与所述保护模块相连接，所述保护模块通过所述第二开关与所述双向变流模块相连接，所述第二开关的控制端与所述控制模块的输出端相连接。

3.根据权利要求2所述的用户侧储能设备，其特征在于，所述电池模块包括电池组件和电源管理器；

所述电池组件与所述保护模块相连接，所述电源管理器的输入端与所述电池组件相连接，所述电源管理器的输出端与所述控制模块的输入端相连接。

4.根据权利要求3所述的用户侧储能设备，其特征在于，所述保护模块包括自恢复保险丝。

5.根据权利要求2所述的用户侧储能设备，其特征在于，所述第一开关为SPST单刀单掷开关，所述第二开关为SP3T单刀三掷开关。

6.根据权利要求1所述的用户侧储能设备，其特征在于，所述光伏汇流采集器上设置有RS485接口，所述RS485接口基于数据线与所述控制模块相连接。

7.根据权利要求1所述的用户侧储能设备，其特征在于，所述设备还包括采样模块，所述采样模块包括电压传感器和光照传感器；

所述电压传感器的输入端连接交流电网，所述电压传感器的输出端与所述控制模块的输入端相连接；所述光照传感器与所述控制模块的输入端相连接。

8.根据权利要求1所述的用户侧储能设备，其特征在于，所述控制模块包括型号为TMS320F2812的DSP处理器。

9.根据权利要求1所述的用户侧储能设备，其特征在于，所述双向变流模块包括型号为GW5048D-ES的双向储能光伏逆变器。

10.根据权利要求3所述的用户侧储能设备，其特征在于，所述电池组件为水系锂离子电池。

Images