CN217307541U - 基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统，包括太阳能光伏发电设备、储能设备、中心控制器和直流母线；所述太阳能光伏发电设备依次通过所述第一buck/boost升降压电路和MPPT最大功率输出模块接到所述直流母线；所述储能设备包括储能电池组，所述储能电池组通过第二buck/boost升降压电路连接于所述直流母线，以储备所述直流母线提供的电能或向所述直流母线提供电能；所述直流母线耦接设置有多个用于交直流电流输出的交直流输出端口为负载供电；中心控制器控制连接第一buck/boost升降压电路、MPPT最大功率输出模块和第二buck/boost升降压电路。

Description

基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电领域，具体的说，涉及了基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统。

背景技术

在申请号201910918510.X的中国专利申请中公开了一种微电网系统并网运行控制方法、装置以及微电网系统，所述方法包括：获取微电网系统中的光伏发电单元的出力有功功率以及负荷单元的有功功率；将负荷单元的有功功率与光伏发电单元的出力有功功率相减，得到微电网系统的净负荷功率；确定微电网系统当前所处的实时电价时段，并判断净负荷功率是否小于0；基于净负荷功率的判断结果，根据微电网系统中的蓄电池的实时荷电状态量、蓄电池允充的最大荷电状态量或者蓄电池允放的最小荷电状态量，控制微电网系统中的蓄电池的充电、放电或者待机状态，以及微电网系统的供电情况。

在申请号202120763690.1的中国专利申请提供一种基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统，包括风力发电设备、太阳能光伏发电设备、储能设备、直流母线、抽油机负荷和微电网控制系统，该微电网控制系统采集该风力发电设备、该太阳能光伏发电设备、该储能设备和该抽油机负荷的电信息，依据该抽油机负荷运行过程中上下冲程电流、功率的波动变化，产生用能态势感知信号，调度控制该风力发电设备、该太阳能光伏发电设备、该储能设备的输出功率和输入功率。该基于风光储多能互补的采油井场直流微电网系统可实现由风能、太阳能、储能的协同作用。

现有的光伏微电网设计方法中多为并网运行，但并网需要达到电网的要求，需要额外的控制过程，为充分利用新能源带来麻烦。而现有的孤岛微电网系统所需装置过多，难以实现便携新能源发电。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统，包括太阳能光伏发电设备、储能设备、中心控制器和直流母线；

所述太阳能光伏发电设备包括太阳能光伏电池板，第一buck/boost升降压电路和MPPT最大功率输出模块；

所述太阳能光伏发电设备依次通过所述第一buck/boost升降压电路和MPPT最大功率输出模块接到所述直流母线，以将太阳能转换为电能并传送到所述直流母线；

所述储能设备包括储能电池组，所述储能电池组通过第二buck/boost升降压电路连接于所述直流母线，以储备所述直流母线提供的电能或向所述直流母线提供电能；

所述直流母线耦接设置有多个用于交直流电流输出的交直流输出端口，其中，直流输出端口通过第一buck电路为负载供电，交流输出端口通过第二buck电路和逆变器为负载供电；

所述中心控制器控制连接所述第一buck/boost升降压电路、所述MPPT最大功率输出模块、所述第二buck/boost升降压电路、所述第一buck电路和所述第二buck电路。

基于上述，所述太阳能光伏电池板采用柔性光伏板。

基于上述，所述太阳能光伏发电设备还包括舵机控制器、光感阵列模块和用于调整太阳能光伏电池板转向的舵机，所述中心控制器通过光感阵列模块与所述舵机控制器控制连接，所述舵机控制器控制连接所述舵机。

基于上述，该系统还包括与所述中心控制器通信连接的远程控制设备。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：

1、可便携利用太阳能，无需配备大型控制柜，到达节能减排的目的；

2、太阳能光伏发电设备、储能设备与用电设备（负载）之间采用内部电力网络（直流母线）连接，不与外部电网连接，孤岛运行，减少对电网的依赖，降低利用新能源的成本；

3、配备了储能电池组，当太阳能不足时，能够保证电源系统稳定运行；

4、采用微电网控制，串级PI调节，可以稳定输出电能；

5、对光伏控制采用MPPT模块，可以一直在光伏的最大功率运行，高效利用太阳能；

6、交直流自动适配输出，可以适用多种负载；

7、采用高电压直流母线，减少电能损耗。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型实施例2中的中心控制器的电路原理图。

图3是本实用新型实施例2中的第一通路的电路原理图。

图4是本实用新型实施例2中的第二通路的电路原理图。

图5是本实用新型实施例2中的第三通路的电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统，包括太阳能光伏发电设备、储能设备、远程控制设备、中心控制器和直流母线；

所述太阳能光伏发电设备包括太阳能光伏电池板，第一buck/boost升降压电路和MPPT最大功率输出模块；所述太阳能光伏电池板采用柔性光伏板；

所述太阳能光伏发电设备依次通过所述第一buck/boost升降压电路和MPPT最大功率输出模块接到所述直流母线，以将太阳能转换为电能并传送到所述直流母线；

所述储能设备包括储能电池组，所述储能电池组通过第二buck/boost升降压电路连接于所述直流母线，以储备所述直流母线提供的电能或向所述直流母线提供电能；

所述直流母线耦接设置有多个用于交直流电流输出的交直流输出端口，其中，直流输出端口通过第一buck电路为负载供电，交流输出端口通过第二buck电路和逆变器为负载供电；

所述中心控制器控制连接所述第一buck/boost升降压电路、所述MPPT最大功率输出模块、所述第二buck/boost升降压电路、所述第一buck电路和所述第二buck电路。

具体的，所述太阳能光伏发电设备还包括舵机控制器、光感阵列模块和用于调整太阳能光伏电池板转向的舵机，所述中心控制器通过光感阵列模块与所述舵机控制器控制连接，所述舵机控制器控制连接所述舵机。

本实施例中，太阳能光伏发电设备通过buck/boost升降压电路接入直流母线，形成第一通路；储能设备通过buck/boost升降压电路接入直流母线，形成第二通路；用电设备（负载）通过buck电路及逆变器连接直流母线，形成第三通路；中心控制器通过数字信号传输线与太阳能光伏发电板、储能电池组、直流母线等各个设备/模块连接进行信息的采集与控制，构成微电网控制系统；

微电网控制系统采集直流母线、太阳能光发电板、储能电池组、用电设备的电信息，主要包括直流母线电压、电流，输出功率，用电设备数及所需功率，太阳能光伏发电设备最大发电功率和储能电池组的实际储能。依据用电负荷用电过程中功率的变化，而产生的用能态势感知信号实时传递给中心控制器，同时将直流母线电压信号、电池储能信号等传输给中心控制器，中心控制器基于已有的控制策略来调度储能电池组和太阳能光伏发电板的输出或者输入功率，使直流母线提供的电压稳定在微电网系统设定的电压值，实现太阳能光伏发电板和储能电池同时支撑母线电压，或者是太阳能光伏电池组不工作时储能电池组单独支撑母线电压，或者太阳能光伏发电板给储能电池组充电同时支撑直流母线电压，提高了能源的利用率，保证了用电设备用电的稳定和可靠性。

本实用新型的中心控制器的控制策略：

设中心控制器通过数字信号传输线采集太阳能光伏发电板的输出功率P1，采集储能电池组的输出功率P2，采集用电设备的用电功率P3；

采集到的信息通过信号传输线传输给中心控制器进行数据比对，若P1＞P，且储能电池组的能量小于总容量的10%时，则直流母线的电压由柔性太阳能光伏发电板支撑，同时为储能电池组进行充电；当储能电池组中的电池能量满时，则调节柔性太阳能电池板的输出功率，使太阳能光伏发电板仅用来支撑母线电压；

若P1＜P3，P1+P2＞P3，则启动储能电池组放电，柔性太阳能光伏发电板和储能电池组同时支撑母线电压；

若P1=0，P2＞P3，则启动储能电池组放电，柔性太阳能光伏发电板由于光照不足不工作，仅由储能电池组单独支撑支流母线电压。

实施例2

本实施例提供一种具体的基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统的实现方式，如图2-5所示。特别的，本实施例系统还包括与所述中心控制器通信连接的远程控制设备，所述远程控制设备用于监测柔性光伏太阳能电池板、直流母线和用电设备。所述远程控制设备在设计时，可以生成相应用户交互源码工程，重构显示界面及数据节点，以进行报警、显示、参数设置等人机交互操作。

具体工作方式：

光照充足时，柔性光伏电池板由于光电效应产流直流电流，稳压后电压降为500V，之后并入直流母线。储能设备通过变流控制柜并入直流母线；用电负载通过逆变器并入直流母线。

柔性太阳能光伏电池板光伏功率充足时，输出功率支撑直流母线电压500V,进而通过逆变器变为220V交流电，为用电负载供电；同时，直流母线通过变流控制柜，为储能设备进行充电，待储能设备满功率时，处于不充电不放电状态。柔性光伏太阳能电池板光伏功率不足时，直流母线电压由储能电池组支撑，进而为用电负载供电。

若用电设备用电功率为200W，柔性光伏太阳能电池板功率为300W。此时，P1＞P，中心控制器控制直流母线电压由太阳能光伏电池板支撑。同时，中心控制器检测到储能设备的能量小于总容量的10%时，则控制储能电池组进行充电；当检测到储能电池组的能量储存>90%时，则终止该储能设备充电工作。

若用电设备用电功率为400W，柔性光伏太阳能电池板功率为300W，储能设备输出功率为200W。此时，P1＜P，P1+P2＞P，中心控制器控制直流母线电压由太阳能光伏电池板和储能电池组共同支撑。

若用电设备用电功率为200W，柔性光伏太阳能电池板不输出功率，储能设备输出功率为200W，中心控制器控制直流母线电压由储能设备支撑。

若用电设备用电功率为200W，储能电池组和柔性光伏太阳能电池板不足以达到输出功率，则由中心控制器上报远程控制设备进行报警。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统，其特征在于：

包括太阳能光伏发电设备、储能设备、中心控制器和直流母线；

所述太阳能光伏发电设备包括太阳能光伏电池板，第一buck/boost升降压电路和MPPT最大功率输出模块；

所述太阳能光伏发电设备依次通过所述第一buck/boost升降压电路和MPPT最大功率输出模块接到所述直流母线，以将太阳能转换为电能并传送到所述直流母线；

所述储能设备包括储能电池组，所述储能电池组通过第二buck/boost升降压电路连接于所述直流母线，以储备所述直流母线提供的电能或向所述直流母线提供电能；

所述直流母线耦接设置有多个用于交直流电流输出的交直流输出端口，其中，直流输出端口通过第一buck电路为负载供电，交流输出端口通过第二buck电路和逆变器为负载供电；

所述中心控制器控制连接所述第一buck/boost升降压电路、所述MPPT最大功率输出模块、所述第二buck/boost升降压电路、所述第一buck电路和所述第二buck电路。

2.根据权利要求1所述的基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统，其特征在于：所述太阳能光伏电池板采用柔性光伏板。

3.根据权利要求1所述的基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统，其特征在于：所述太阳能光伏发电设备还包括舵机控制器、光感阵列模块和用于调整太阳能光伏电池板转向的舵机，所述中心控制器通过光感阵列模块与所述舵机控制器控制连接，所述舵机控制器控制连接所述舵机。

4.根据权利要求1所述的基于柔性光伏材料的便携式模块化交直流多端口电源系统，其特征在于：该系统还包括与所述中心控制器通信连接的远程控制设备。

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