CN220894388U - 一种光伏灌溉系统的电能计量装置 - Google Patents

Abstract

一种光伏灌溉系统的电能计量装置，包括：设备箱体、主光伏电池、辅助光伏电池、电能表、DC‑DC隔离电源、继电器、DC‑AC逆变器、备用电池、MPPT太阳能控制器和电压检测电路；主光伏电池和备用电池组成双回路电源，主光伏电池经DC‑DC隔离电源、继电器及DC‑AC逆变器与电能表电连接，辅助光伏电池经MPPT太阳能控制器与备用电池电连接，备用电池与继电器电连接，继电器为二选一继电器；电压检测电路用于检测供电电力线的电压及双回路电源向电能表输出的供电电压，电压检测电路与和水泵电连接的交流接触器电连接，交流接触器可根据电压检测电路的信号切断供电电力线为水泵供电。本实用新型工作稳定，计量准确，可防止窃电。

Description

一种光伏灌溉系统的电能计量装置

技术领域

本实用新型属于电能计量设备技术领域，具体涉及一种光伏灌溉系统的电能计量装置。

背景技术

光伏灌溉系统是一种主要利用太阳能发电的供水系统。光伏灌溉系统通过定时控制、光照控制、水位控制和远程监控控制等技术，提高了灌溉系统的效率，并且可以减少能源和水资源的浪费，为农田灌溉提供智能化、自动化的解决方案，近年来得到了越来越广泛应用。尤其是在一些光照充足的地区，光伏灌溉系统已成为主要的供水手段之一。为了掌握用电量，在光伏灌溉系统中会设置电表进行电能的计量，通常电表会使用光伏供电系统供电，但光伏供电系统受天气状况、阴影遮挡、污染物附着等因素的影响，会产生波动，光伏供电系统的不稳定性会导致电表损坏和计量不准确的问题，而且不能发现窃电行为。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种工作稳定、计量准确且可以防窃电的光伏灌溉系统的电能计量装置。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种光伏灌溉系统的电能计量装置，所述光伏灌溉系统包括水泵，所述水泵与光伏发电系统的供电电力线电连接、由供电电力线供电；所述电能计量装置包括：设备箱体、主光伏电池、辅助光伏电池以及设置于所述设备箱体内的电能表、DC-DC隔离电源、继电器、DC-AC逆变器、备用电池、MPPT太阳能控制器和电压检测电路；所述主光伏电池和所述备用电池组成双回路电源，所述主光伏电池依次经所述DC-DC隔离电源、所述继电器及所述DC-AC逆变器与所述电能表电连接，所述辅助光伏电池经所述MPPT太阳能控制器与所述备用电池电连接，所述备用电池与所述继电器电连接，所述继电器为二选一继电器；所述电压检测电路用于检测所述供电电力线的电压以及所述双回路电源向所述电能表输出的供电电压，所述电压检测电路与和所述水泵电连接的交流接触器电连接，所述交流接触器可根据所述电压检测电路的信号切断所述供电电力线为所述水泵供电。

如上所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，可选的，所述供电电力线依次经过所述交流接触器、空气开关和所述水泵电连接，所述交流接触器通过三位接线端子接于供电电力线上，所述电能表接在所述空气开关和所述水泵之间。

如上所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，可选的，在所述交流接触器和所述三维接线端子之间设置有浪涌保护器。

如上所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，可选的，所述交流接触器和所述空气开关设置于所述设备箱体内。

如上所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，可选的，所述备用电池为锂电池或蓄电池。

如上所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，可选的，所述光伏电池和所述DC-DC隔离电源之间设置有第一电源开关，所述备用电池和所述继电器之间设置有第二电源开关。

如上所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，可选的，所述第一电源开关为自锁开关。

如上所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，可选的，所述电能表为三相智能电表，所述水泵和所述供电电力线之间采用三相四线的连接方式。

如上所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，可选的，所述DC-DC隔离电源和/或所述继电器采用导轨式结构安装于所述设备箱体内。

如上所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，可选的，所述三位接线端子、所述浪涌保护器、所述交流接触器、所述空气开关采用导轨式结构安装于所述设备箱体内。

由以上技术方案可知，本实用新型同时采用光伏电池、备用电池作为电能表的供电电源，确保在主光伏电池不能正常工作时，备用电池可以提供不间断电源，保证电能表的稳定工作及准确计量，还可以避免电网波动导致电能表损坏；而且设置有电压检测电路，可以检测水泵的供电电力线的电压及电能表双回路电源的供电电压，当电能表断电时，控制交流接触器切断水泵的供电，解决了电能表系统无电的情况下用户窃电的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，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他的附图。

图1为本实用新型实施例光伏灌溉系统电能计量装置的电路框图；

图2为本实用新型实施例继电器和主光伏电源、备用电池的连接电路图；

图3为本实用新型实施例防窃电原理示意框图。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，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；术语“正”、“反”、“底”、“上”、“下”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实施例的光伏灌溉系统的电能计量装置包括设备箱体(未图示)、主光伏电池1、第一电源开关2、DC-DC隔离电源3、继电器4、DC-AC逆变器5、电能表6、第二电源开关7、备用电池8、MPPT太阳能控制器9、辅助光伏电池10以及电压检测电路11。设备箱体可防火、防爆防水，第一电源开关2、DC-DC隔离电源3、继电器4、DC-AC逆变器5、电能表6、第二电源开关7、备用电池8、MPPT太阳能控制器9设置于设备箱体内。

光伏灌溉系统的水泵12与光伏发电系统的三相供电电力线(未图示)连接，水泵12和供电电力线之间采用三相四线的连接方式。可选的，本实施例中供电电力线依次经过交流接触器13、空气开关14和水泵12电连接，交流接触器13通过三位接线端子15接于供电电力线上，交流接触器13的另一端和空气开关14电连接，空气开关14和水泵12电连接。交流接触器13采用220V交流供电，当220V交流供电端断电后，交流接触器13断开，水泵12停止工作。

为了防止供电电力线上的瞬时过电压和瞬时过电流、雷击浪涌损害设备，优选的，在交流接触器13和供电电力线之间设置有浪涌保护器16，本实施例的浪涌保护器16接于三位接线端子15与交流接触器13之间，浪涌保护器16的极数为3P，电压可承受385V，每相最大电流为40A。本实施例的浪涌保护器16、交流接触器13和空气开关14设置于设备箱体内。浪涌保护器16与三位接线端子13电连接，浪涌保护器16的地通过三位接线端子15与设备箱体地连接。为了方便安装使用，三位接线端子15、浪涌保护器16、交流接触器13、空气开关14采用导轨式结构安装于设备箱体内。电能表6采用三相智能电表，采用插卡预付费方式，当卡拔出后，电表内继电器断开，水泵12停止工作。电能表6的主体逻辑为插卡合闸，90s内检测到电压(约100V以上)则保持合闸状态，满足启动初始的软启需求，功率达到设定阈值(可调)则计费，拔卡跳闸。

电能表6接于供电电力线为水泵12供电的回路上，本实施例的电能表6接在空气开关14和水泵12之间。电能表6采用光伏供电的方式。主光伏电池1为电能表6的主供电电源，辅助光伏电池10为电能表6的辅助供电电源。主光伏电池1依次经第一电源开关2、DC-DC隔离电源3、继电器4及DC-AC逆变器5与电能表6电连接。第一电源开关2采用自锁开关，按下第一电源开关2后，主光伏电池1为电能表6供电。

本实施例的DC-DC隔离电源3支持200～1500VDC的超宽超高电压输入隔离，12VDC输出。继电器4为电磁式继电器，带LED状态指示灯，触点3组切换，动作时间小于25ms，额定工作电压12VDC，动作电压9.6V，释放电压2.4V。DC-AC逆变器5支持DC 9.5V～15.5V输入，电流12.5A，输出电压210～240VAC。DC-AC逆变器5带温控风扇。

辅助光伏电池10经MPPT太阳能控制器9与备用电池8电连接，备用电池8可为锂电池或蓄电池，本实施例的备用电池8采用容量为12AH、标称电压为12V的磷酸铁锂电池。辅助光伏电池10为备用电池8充电。备用电池8经第二电源开关7与继电器4电连接。为了方便安装使用，DC-DC隔离电源3、继电器4、第二电源开关7均采用导轨式结构安装于设备箱体内。备用电池8可为电能表6提供辅助电源，可避免主光伏电池1供电不稳定而导致烧表故障。电能表6采用CT隔离采样计量方式，可以解决因光伏逆变器的干扰、电力线干扰引起的采样不准，损坏设备等问题，实现电量计量、负荷控制、预付费、分时计量、软启动等功能，采用插卡计费，最大支持100A的负载计费，同时支持本地红外抄读远程载波及GPRS的通信方式，能将数据及事件记录及时上传主站系统。

如图2所示，本实施例的继电器4的触点6经DC-DC隔离电源3后和主光伏电池1的正极相连，触点4经DC-DC隔离电源3后和主光伏电池1的负极相连，触点3经MPPT太阳能控制器9与备用该电池8的正极相连，触点1经MPPT太阳能控制器9与备用电池8的负极相连，触点7经DC-AC逆变器5后和电能表6的负极相连，触点9经DC-AC逆变器5后和电能表6的正极相连。主光伏电池1正常供电时，继电器4吸合，电能表6由主光伏电池1供电，主光伏电池1的输出经过二位接线端子后，连接DC-DC隔离电源3的输入端，输出12VDC，经继电器4后提供给DC-AC逆变器5输出220VAC，为电能表6供电。当光照条件不佳时，主光伏电池1不能为电能表6正常供电，继电器4线圈断电，自动切换至由备用电池8为电能表6供电。

本实用新型的电压检测电路11用于检测水泵12供电回路的电压以及电能表6供电回路的电压。水泵12由光伏发电系统的供电电力线供电工作，电能表由主光伏电池1和备用电池8组成的双回路电源供电。如图1所示，电压检测电路11用于采集供电电力线的电压以及采集双回路电源向电能表6输出的供电电压。电压检测电路11与交流接触器13电连接，交流接触器13可根据电压检测电路11的信号切断供电电力线为水泵12供电。电压检测电路11可以由两个独立的电压检测电路组成，也可以采用双通道电压检测集成芯片。电压检测电路11将采集到的供电电力线的电压和双回路电源的输出电压进行比较。

如图3所示，电能表6内置有继电器K200，电能表6内置的继电器K200通常为磁保持继电器，当不给电能表6供电时，继电器K200不断开，水泵12可以使用，但电能表6不计量。为了避免此类窃电的情况发生，本实用新型设置了电压检测电路11，当电压检测电路11同时采集为水泵12供电的供电电力线的电压及主光伏电池1或备用电池8向电能表6输出的供电电压，当电压检测电路11检测到供电电力线的电压为230V，但未检测到主光伏电池1或备用电池8向电能表6输出的220V供电电压时，即认为存在窃电行为，电压检测电路11输出电压检测结果，并根据该电压检测结果交流接触器13，切断供电电力线为水泵12供电，水泵12无法工作。

本实用新型的电能表6采用双回路电源供电，双回路电源包括主光伏电池1和备用电池8，备用电池8由辅助光伏电池10供电，备用电池8将辅助光伏电池10的电能存储起来，和主光伏电池1一起组成不间断电源系统，主光伏电池1和备用电池8经二选一继电器自适应自动切换供电，常闭回路为不间断电源，为电能表6提供不间断电源。供电经电能表的辅助供电端口供电，电能表主功率回路只实现通断功能，利用计量回路进行非准确计量下的阈值扣费设计。当主光伏电池1正常工作时，电能表6由主光伏电池1供电，当因天气因素导致主光伏电池1不能正常工作时，则由备用电池8进行供电，保证电能表6的稳定工作及准确计量。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.一种光伏灌溉系统的电能计量装置，所述光伏灌溉系统包括水泵，所述水泵与光伏发电系统的供电电力线电连接、由供电电力线供电；其特征在于：所述电能计量装置包括：

设备箱体、主光伏电池、辅助光伏电池以及设置于所述设备箱体内的电能表、DC-DC隔离电源、继电器、DC-AC逆变器、备用电池、MPPT太阳能控制器和电压检测电路；

所述主光伏电池和所述备用电池组成双回路电源，所述主光伏电池依次经所述DC-DC隔离电源、所述继电器及所述DC-AC逆变器与所述电能表电连接，所述辅助光伏电池经所述MPPT太阳能控制器与所述备用电池电连接，所述备用电池与所述继电器电连接，所述继电器为二选一继电器；

所述电压检测电路用于检测所述供电电力线的电压以及所述双回路电源向所述电能表输出的供电电压，所述电压检测电路与和所述水泵电连接的交流接触器电连接，所述交流接触器可根据所述电压检测电路的信号切断所述供电电力线为所述水泵供电。

2.如权利要求1所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，其特征在于：所述供电电力线依次经过所述交流接触器、空气开关和所述水泵电连接，所述交流接触器通过三位接线端子接于供电电力线上，所述电能表接在所述空气开关和所述水泵之间。

3.如权利要求2所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，其特征在于：在所述交流接触器和所述三维接线端子之间设置有浪涌保护器。

4.如权利要求2或3所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，其特征在于：所述交流接触器和所述空气开关设置于所述设备箱体内。

5.如权利要求1所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，其特征在于：所述备用电池为锂电池或蓄电池。

6.如权利要求1所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，其特征在于：所述光伏电池和所述DC-DC隔离电源之间设置有第一电源开关，所述备用电池和所述继电器之间设置有第二电源开关。

7.如权利要求6所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，其特征在于：所述第一电源开关为自锁开关。

8.如权利要求1所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，其特征在于：所述电能表为三相智能电表，所述水泵和所述供电电力线之间采用三相四线的连接方式。

9.如权利要求1所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，其特征在于：所述DC-DC隔离电源和/或所述继电器采用导轨式结构安装于所述设备箱体内。

10.如权利要求3所述的光伏灌溉系统的电能计量装置，其特征在于：所述三位接线端子、所述浪涌保护器、所述交流接触器、所述空气开关采用导轨式结构安装于所述设备箱体内。