CN102931676A - 一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能发电与并网自用供电应用技术领域，具体涉及一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法。为了使太阳能发电系统不仅能发电并网，又能自用，通过直流电力调节电路和系统调配控制电路以及电控开关组与电力通断控制器，改变了太阳能发电系统在为用户交流负载供电时，均要通过蓄电池和逆变器才能完成的系统构造和单一的内部电力路径的技术方案，从而使得在构建使太阳能发电系统不仅能发电并网，又能自用的多用途太阳能发电供电系统时，减少了系统硬件规模，优化了系统的构造和内部电力路径的构成方式，减少了电力耗损和资源浪费，极大提高了太阳能电力的使用效率，大大增加了投资回报。
Description
技术领域
本发明属于太阳能发电与并网自用供电应用技术领域，具体涉及一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法。
背景技术
各国政府对新能源的重视及政策鼓励，使有电网覆盖的城镇居民在盈利商业模式下，加入了太阳能发电卖电供电的大军，特别在欧洲，此方式得到了迅猛发展和普及。当前，太阳能及风能发电的现有技术产品，普遍采用并网发电卖电方式对电网供电。其有两个主要原因，一是政府补贴政策，有利可图；二是技术简单，直接并网，不稳定发电的电力被电网稀释，不需要蓄电环节，投资较少，但是政府的负担和压力越来越大，所以大多采取按时段或逐年递减的方式给予补贴和优惠。
随着优惠幅度逐年减少，同时发电并网的数量增加，电网压力和负担也不断增加，加上发电并网到变电至用户使用，还要输电和二次变电全过程的电力资源浪费巨大，尤其是通过不断实践的探索和大量研究的结论趋于一致，就是太阳能电力最佳供电方式是以就地就近自用和余电调节为目标。因此，在欧洲逐渐地将鼓励并网发电向鼓励自用发电余电并网的方向转移，大量的并网系统要增加自用供电的能力。
由于并网的太阳能电力是直接利用太阳能所发的不稳定电力直接逆变并供电给电网的，同样是不稳定的，所以不能直接给用户负载使用。为了使太阳能发电系统不仅能发电并网，又能自用，目前主要方式是利用现有的太阳能发电并网系统和离网系统进行简单的整合。因此，不仅需要两套太阳能发电逆变系统的主要装置，还要增加两套系统整合所需的连接切换及充放电装置和系统控制装置，使得系统构造受到两套系统各自构造的限制，系统统筹调控能力大受影响，并且系统投资规模增大，运行效率降低，系统能耗增加，投资收益减少。如中国发明专利公布的申请号为200810200725.X名为《一种多用途太阳能发电系统》的发明专利就是典型的系统构造与方案的代表。
可知，使太阳能发电系统不仅能发电并网，又能自用的系统，其现有技术与方法，主要是利用现有的并网和离网两种系统的既有构造和功能进行组合构成，其特点就是所有为用户交流负载的供电，均要通过蓄电池和逆变器；也就是在保持太阳能发电并网系统并网构造的基础上，获取太阳能电力并进行蓄电，即通过充电器为蓄电池蓄电的方式，将不稳定电力先存储起来，具有相应电量后再通过蓄电池和逆变器供给用户使用，由此，使不稳定的太阳能电力变成稳定的直流电，经过为用户供电的逆变器进行电力转换满足负载用电需求，系统需要增加MPPT及DC/DC模块、智能充电电路、升压DC/DC电路，以及用户级逆变电路以及相关调控电路；在运行中若电网正常时，且发电不足的情况下，现有技术的系统构造和电力路径需要电网电力通过AC/DC转换电路及智能充电器为蓄电池充电后再给交流负载供电，并且需要经离网逆变器转换后再供电，大量耗费了电力资源和设备资源。如上所述，现有技术的太阳能用户供电系统构造和电力路径设计，不仅大量浪费了资源增加了投资，还增加了电力变换的环节和耗损，降低了系统的供电效率。
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，改变了在为用户交流负载供电时，均要通过蓄电池和逆变器的系统构造和单一的内部电力路径的缺陷，从而使得构建使太阳能发电系统不仅能发电并网，又能自用多用途太阳能发电供电系统时，可以减少系统硬件规模，节省投资，提高系统运行效率，降低系统能耗，增加投资收益。
发明内容
为了从现有条件下解决现有技术与产品存在的太阳能电力并网及自用供电系统构造和电力路径的系统缺陷，减少系统硬件规模，节省投资，提高系统运行效率，降低系统能耗，增加投资收益，进而实现提高投资回报的目的，为此，本发明提出了一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，包含太阳能发电组件、MPPT与DC/DC电路、直流电力调节电路、DC/AC逆变电路、充放电控制管理电路、系统调配控制电路、蓄电池组、孤岛检测电路、电控开关组、AC/DC转换电路、用户交流负载、用户直流负载、系统总线、联网保护计量电路、负载保护与监测计量电路、电网输入电表、电力通断控制器a、电力通断控制器b、电力通断控制器c、电力通断控制器d和电力通断控制器e以及电网；其特征是太阳能发电组件通过MPPT与DC/DC电路连接直流电力调节电路并经DC/AC逆变电路、负载保护与监测计量电路及电力通断控制器b接用户交流负载构成发电交流供电路径；同时由DC/AC逆变电路通过孤岛检测电路及电力通断控制器c和联网保护计量电路连接电网，构成发电并网路径；太阳能发电组件还通过MPPT与DC/DC电路连接充放电控制管理电路并经电控开关组与蓄电池组相连，构成充电路径；蓄电池组经电控开关组、充放电控制管理电路连接直流电力调节电路并通过DC/AC逆变电路经电力通断控制器b及负载保护与监测计量电路连接用户交流负载，构成蓄电交流供电路径；蓄电池组还经电控开关组、直流电力调节电路及电力通断控制器e连接用户直流负载，构成蓄电直流供电路径；电网通过电网输入电表及电力通断控制器a、AC/DC转换电路、直流电力调节电路、充放电控制管理电路、电控开关组连接蓄电池组，构成电网电力的充电路径；电网还经电力通断控制器d与用户交流负载相连，构成电网电力对负载的供电路径；系统调配控制电路通过系统总线与MPPT与DC/DC电路、直流电力调节电路、充电控制管理电路、电控开关组、孤岛检测电路、联网保护计量电路、负载保护与监测计量电路及电力通断控制器a、电力通断控制器b、电力通断控制器d、电力通断控制器e相连，形成系统调控路径；以及孤岛检测电路通过电力通断控制器c及联网保护计量电路连接电网。
本发明所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是直流电力调节电路中设有功率监测调配电路、低阈值开关和高阈值开关，并分别与充放电控制管理电路及电控开关组连接，在太阳能发电组件经MPPT与DC/DC电路输入的电力功率大于上限设定值或负载需求值时，直流电力调节电路通过高阈值开关调配输出经充放电控制管理电路给蓄电池组蓄电；小于设定的下限值时，调配蓄电池组经电控开关组及低阈值开关与MPPT与DC/DC电路电力输出端相连，用蓄电池电力进行补充供电，使太阳能发电组件及蓄电池组经过直流电力调节电路调配后输出的电力满足用户直流负载)或用户交流负载的需求。
本发明所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是系统调配控制电路中设有嵌入式微处理器、数据存储模块及程序存储模块并预置电力调配优先级顺序数据和调控程序，其根据负载保护与监测计量电路监测到的用电需求和设定的电力调配优先级顺序及太阳能发电组件和蓄电池组的电力状况执行相应程序，通过控制电力通断控制器a、电力通断控制器b、电力通断控制器c及电力通断控制器d、电力通断控制器e及电控开关组的通断使相应电力路径处于相应的接通或切断状态，完成控制和调节电力路径；同时还向直流电力调节电路动态发送电力功率输入的上、下限阈值数据；其调配优先级顺序为太阳能发电组件、蓄电池组、电网低价电力及电网高价电力，并且蓄电池电力进行补充供电是通过直流电力调节电路中的低阈值开关自动进行通断调节。
本发明所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是直流电力调节电路具有连接太阳能发电组件和蓄电池组及AC/DC转换电路的三路电力输入端口，并有分别连接DC/AC逆变电路、电控开关组及连接电力通断控制器e至用户直流负载和连接充放电控制管理电路的三个电力输出端口，其功率调节方法是当太阳能发电组件输入满足负载需求时，若供给负载后仍有余电时，将多余功率的电力通过高阈值开关调节给充放电控制管理电路至蓄电池组蓄电；当太阳能发电组件输入电力不能满足负载需求时，通过低阈值开关调节蓄电池组实时向DC/AC逆变电路或经电力通断控制器e供给用户直流负载，以此满足用户负载的用电需求；在蓄电池组不能满足负载用电需求时，直流电力调节电路即通知系统调配控制电路，由系统调配控制电路控制电力通断控制器d接通电网转为电网供电；在电网低谷电价时段，还可通过控制电力通断控制器a为蓄电池组蓄电。
本发明所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是蓄电池组将整体蓄电池分设为三组以上，每一组蓄电池组分别与电控开关组连接，并且每一组蓄电池组分别工作在充电、放电、准备三种工作状态之一，系统调配控制电路根据蓄电池组的相应蓄电量调整蓄电池组的工作状态。
综上所述，本发明提出了一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，改变了太阳能发电系统在为用户交流负载供电时，均要通过蓄电池和逆变器才能完成的系统构造和单一的内部电力路径的系统构造与技术方案，从而使得在构建使太阳能发电系统不仅能发电并网，又能自用的多用途太阳能发电供电系统时，减少了系统硬件规模，优化了系统的构造和内部电力路径的系统构造和构成方式，减少了电力耗损和资源浪费，极大提高了太阳能电力的使用效率，大大增加了投资回报。
附图说明
图1是现有技术太阳能发电并网系统原理示意框图；
图2是现有技术太阳能发电离网供电系统原理示意框图；
图3是现有技术太阳能发电并网与自用多用途系统的构造示意框图；
图4是本发明太阳能电力并网自用多功能系统的构造示意框图；
图5是直流电力调节电路功能原理示意框图。
具体实施方式
作为实施例子，结合附图对一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法给予说明，但是，本发明的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
本发明具体实施方式结合附图说明如下，经典的现有技术太阳能发电并网系统原理示意框图如图1所示。
如图2所示，为现有技术太阳能发电离网供电系统原理示意框图。
现有技术的太阳能发电并网与自用多用途系统的构造示意框图如图3所示，其特点是利用现有技术太阳能发电并网系统和现有技术太阳能发电离网供电系统增加MPPT充电器、切换控制器和系统调控装置以及智能充电器和DC/DC转换电路后重新构造及整合而成，系统组成比较简单，但是，此系统不仅需要两套太阳能发电逆变系统，还要增加两套系统整合所需的连接切换和充放电电路及系统控制装置，使得系统构造受到两套系统各自构造的限制，系统统筹调控能力大受影响，并且系统投资规模增大，运行效率降低，系统能耗增加，投资收益减少。
如图4所示，本发明的一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造，包含太阳能发电组件(1)、MPPT与DC/DC电路(2)、直流电力调节电路(3)、DC/AC逆变电路(4)、充放电控制管理电路(5)、系统调配控制电路(6)、蓄电池组(7)、孤岛检测电路(8)、电控开关组(9)、AC/DC转换电路(10)、用户交流负载(11)、用户直流负载(12)、系统总线(13)、联网保护计量电路(14)、负载保护与监测计量电路(15)、电网输入电表(16)、电力通断控制器a(101)、电力通断控制器b(102)、电力通断控制器c(103)、电力通断控制器d(104)和电力通断控制器e(105)以及电网；其特征是太阳能发电组件(1)通过MPPT与DC/DC电路(2)连接直流电力调节电路(3)并经DC/AC逆变电路(4)、负载保护与监测计量电路(15)及电力通断控制器b(102)接用户交流负载(11)构成发电交流供电路径；同时由DC/AC逆变电路(4)通过孤岛检测电路(8)及电力通断控制器c(103)和联网保护计量电路(14)连接电网构成发电并网路径；太阳能发电组件(1)还通过MPPT与DC/DC电路(2)连接充放电控制管理电路(5)并经电控开关组(9)与蓄电池组(7)相连构成充电路径；蓄电池组(7)经电控开关组(9)、充放电控制管理电路(5)连接直流电力调节电路(3)并通过DC/AC逆变电路(4)经电力通断控制器b(102)及负载保护与监测计量电路(15)连接用户交流负载(11)构成蓄电交流供电路径；蓄电池组(7)还经电控开关组(9)、直流电力调节电路(3)及电力通断控制器e(105)连接用户直流负载(12)构成蓄电直流供电路径；电网通过电网输入电表(16)及电力通断控制器a(101)、AC/DC转换电路(10)、直流电力调节电路(3)、充放电控制管理电路(5)、电控开关组(9)连接蓄电池组(7)构成电网电力的充电路径；电网还经电力通断控制器d(104)与用户交流负载(11)相连，构成电网电力对负载的供电路径；系统调配控制电路(6)通过系统总线(13)与MPPT与DC/DC电路(2)、直流电力调节电路(3)、充电控制管理电路(5)、电控开关组(9)、孤岛检测电路(8)、联网保护计量电路(14)、负载保护与监测计量电路(15)及电力通断控制器a(101)、电力通断控制器b(102)、电力通断控制器d(104)、电力通断控制器e(105)相连，形成调控路径；以及孤岛检测电路(8)通过电力通断控制器c(103)及联网保护计量电路(14)连接电网。
如图5所示，本发明所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是直流电力调节电路(3)中设有功率监测调配电路(31)、低阈值开关(32)和高阈值开关(33)，并分别与充放电控制管理电路(5)及电控开关组(9)连接，在太阳能发电组件(1)经MPPT与DC/DC电路(2)输入的电力功率大于上限设定值或负载需求值时，直流电力调节电路(3)通过高阈值开关(33)调配输出经充放电控制管理电路(5)给蓄电池组(7)蓄电；小于设定的下限值时，调配蓄电池组(7)经电控开关组(9)及低阈值开关(32)与MPPT与DC/DC电路(2)电力输出端相连，用蓄电池电力进行补充供电，使太阳能发电组件(1)及蓄电池组(7)经过直流电力调节电路(3)调配后输出的电力满足用户直流负载(12)或用户交流负载(11)的需求。
本发明所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是系统调配控制电路(6)中设有嵌入式微处理器并预置电力调配优先级顺序数据和调控程序的软件模块，其根据负载保护与监测计量电路(15)监测到的用电需求和设定的电力调配优先级顺序及太阳能发电组件(1)和蓄电池组(7)的电力状况执行相应程序，通过控制电力通断控制器a(101)、电力通断控制器b(102)、电力通断控制器c(103)及电力通断控制器d(104)、电力通断控制器e(105)及电控开关组(9)的通断使相应电力路径处于相应的接通或切断状态，完成控制和调节电力路径；同时还向直流电力调节电路(3)动态发送电力功率输入的上、下限阈值数据；其调配优先级顺序为太阳能发电组件(1)、蓄电池组(7)、电网低价电力及电网高价电力，并且蓄电池电力进行补充供电是通过直流电力调节电路(3)中的低阈值开关(32)自动进行通断调节。
本发明所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是直流电力调节电路(3)具有太阳能发电组件(1)和蓄电池组(7)及AC/DC转换电路(10)三路电力输入端口，并有分别连接DC/AC逆变电路(4)、电控开关组(9)及连接电力通断控制器e(105)至用户直流负载(12)和连接充放电控制管理电路(5)的三个电力输出端口，其功率调节方法是当太阳能发电组件(1)输入满足负载需求时，若供给负载后仍有余电时，将多余功率的电力通过高阈值开关(33)调节给充放电控制管理电路(5)至蓄电池组(7)蓄电；当太阳能发电组件(1)输入电力不能满足负载需求时，通过低阈值开关(32)调节蓄电池组(7)实时向DC/AC逆变电路(4)或经电力通断控制器e(105)供给用户直流负载(12)，以此满足用户负载的用电需求；在蓄电池组(7)不能满足负载用电需求时，直流电力调节电路(3)即通知系统调配控制电路(6)，由系统调配控制电路(6)控制电力通断控制器d(104)接通电网转为电网供电；在电网低谷电价时段，还可通过控制电力通断控制器a(101)为蓄电池组(7)蓄电。
本发明所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是蓄电池组(7)将整体蓄电池分设为三组以上，每一组蓄电池组分别与电控开关组(9)连接，并且每一组蓄电池组分别工作在充电、放电、准备三种工作状态之一，系统调配控制电路(6)根据蓄电池组的相应蓄电量调整蓄电池组的工作状态。
本发明的一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，为了使太阳能发电系统不仅能发电并网，又能自用，通过直流电力调节电路和系统调配控制电路以及电控开关组与电力通断控制器，改变了太阳能发电系统在为用户交流负载供电时，均要通过蓄电池和逆变器才能完成的系统构造和单一内部电力路径的技术方案，从而使得在构建使太阳能发电系统不仅能发电并网，又能自用的多用途太阳能发电供电系统时，减少了系统硬件规模，优化了系统的构造和可调节内部电力路径的构成方式，减少了电力耗损和资源浪费，极大提高了太阳能电力的使用效率，大大增加了投资回报。
Claims (5)
1.一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，包含太阳能发电组件(1)、MPPT与DC/DC电路(2)、直流电力调节电路(3)、DC/AC逆变电路(4)、充放电控制管理电路(5)、系统调配控制电路(6)、蓄电池组(7)、孤岛检测电路(8)、电控开关组(9)、AC/DC转换电路(10)、用户交流负载(11)、用户直流负载(12)、系统总线(13)、联网保护计量电路(14)、负载保护与监测计量电路(15)、电网输入电表(16)、电力通断控制器a(101)、电力通断控制器b(102)、电力通断控制器c(103)、电力通断控制器d(104)和电力通断控制器e(105)以及电网；其特征是太阳能发电组件(1)通过MPPT与DC/DC电路(2)连接直流电力调节电路(3)并经DC/AC逆变电路(4)、负载保护与监测计量电路(15)及电力通断控制器b(102)接用户交流负载(11)构成发电交流供电路径；同时由DC/AC逆变电路(4)通过孤岛检测电路(8)及电力通断控制器c(103)和联网保护计量电路(14)连接电网构成发电并网路径；太阳能发电组件(1)还通过MPPT与DC/DC电路(2)连接充放电控制管理电路(5)并经电控开关组(9)与蓄电池组(7)相连构成充电路径；蓄电池组(7)经电控开关组(9)、充放电控制管理电路(5)连接直流电力调节电路(3)并通过DC/AC逆变电路(4)经电力通断控制器b(102)及负载保护与监测计量电路(15)连接用户交流负载(11)构成蓄电交流供电路径；蓄电池组(7)还经电控开关组(9)、直流电力调节电路(3)及电力通断控制器e(105)连接用户直流负载(12)构成蓄电直流供电路径；电网通过电网输入电表(16)及电力通断控制器a(101)、AC/DC转换电路(10)、直流电力调节电路(3)、充放电控制管理电路(5)、电控开关组(9)连接蓄电池组(7)构成电网电力的充电路径；电网还经电力通断控制器d(104)与用户交流负载(11)相连，构成电网电力对负载的供电路径；系统调配控制电路(6)通过系统总线(13)与MPPT与DC/DC电路(2)、直流电力调节电路(3)、充电控制管理电路(5)、电控开关组(9)、孤岛检测电路(8)、联网保护计量电路(14)、负载保护与监测计量电路(15)及电力通断控制器a(101)、电力通断控制器b(102)、电力通断控制器d(104)、电力通断控制器e(105)相连，形成调控路径；以及孤岛检测电路(8)通过电力通断控制器c(103)及联网保护计量电路(14)连接电网。
2.根据权利要求1所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是直流电力调节电路(3)中设有功率监测调配电路(31)、低阈值开关(32)和高阈值开关(33)，并分别与充放电控制管理电路(5)及电控开关组(9)连接，在太阳能发电组件(1)经MPPT与DC/DC电路(2)输入的电力功率大于上限设定值或负载需求值时，直流电力调节电路(3)通过高阈值开关(33)调配输出经充放电控制管理电路(5)给蓄电池组(7)蓄电；小于设定的下限值时，调配蓄电池组(7)经电控开关组(9)及低阈值开关(32)与MPPT与DC/DC电路(2)电力输出端相连，用蓄电池电力进行补充供电，使太阳能发电组件(1)及蓄电池组(7)经过直流电力调节电路(3)调配后输出的电力满足用户直流负载(12)或用户交流负载(11)的需求。
3.根据权利要求1所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是系统调配控制电路(6)中设有嵌入式微处理器、数据存储模块及程序存储模块并预置电力调配优先级顺序数据和调控程序，其根据负载保护与监测计量电路(15)监测到的用电需求和设定的电力调配优先级顺序及太阳能发电组件(1)和蓄电池组(7)的电力状况执行相应程序，通过控制电力通断控制器a(101)、电力通断控制器b(102)、电力通断控制器c(103)及电力通断控制器d(104)、电力通断控制器e(105)及电控开关组(9)的通断使相应电力路径处于相应的接通或切断状态，完成控制和调节电力路径；同时还向直流电力调节电路(3)动态发送电力功率输入的上、下限阈值数据；其调配优先级顺序为太阳能发电组件(1)、蓄电池组(7)、电网低价电力及电网高价电力，并且蓄电池电力进行补充供电是通过直流电力调节电路(3)中的低阈值开关(32)自动进行通断调节。
4.根据权利要求1所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是直流电力调节电路(3)具有太阳能发电组件(1)和蓄电池组(7)及AC/DC转换电路(10)三路电力输入端口，并有分别连接DC/AC逆变电路(4)、电控开关组(9)及连接电力通断控制器e(105)至用户直流负载(12)和连接充放电控制管理电路(5)的三个电力输出端口，其功率调节方法是当太阳能发电组件(1)输入满足负载需求时，若供给负载后仍有余电时，将多余功率的电力通过高阈值开关(33)调节给充放电控制管理电路(5)至蓄电池组(7)蓄电；当太阳能发电组件(1)输入电力不能满足负载需求时，通过低阈值开关(32)调节蓄电池组(7)实时向DC/AC逆变电路(4)或经电力通断控制器e(105)供给用户直流负载(12)，以此满足用户负载的用电需求；在蓄电池组(7)不能满足负载用电需求时，直流电力调节电路(3)即通知系统调配控制电路(6)，由系统调配控制电路(6)控制电力通断控制器d(104)接通电网转为电网供电；在电网低谷电价时段，还可通过控制电力通断控制器a(101)为蓄电池组(7)蓄电。
5.根据权利要求1所述一种太阳能电力并网自用多功能系统的构造与方法，其特征是蓄电池组(7)将整体蓄电池分设为三组以上，每一组蓄电池组分别与电控开关组(9)连接，并且每一组蓄电池组分别工作在充电、放电、准备三种工作状态之一，系统调配控制电路(6)根据蓄电池组的相应蓄电量调整蓄电池组的工作状态。
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