CN104426232A - 一种离网型光伏储能系统及智能转换控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离网型光伏储能系统及智能转换控制方法，包括光伏组件、电池、逆变器、用户负载和智能转换控制装置，光伏组件和电池同时与逆变器相连接。逆变器通过第一接触器与第一断路器的动触点相连接，第一断路器的静触点同时与第二接触器和第三断路器的动触点相连接，第三断路器的静触点与用户负载相连接，第二接触器还与第二断路器的动触点相连接，第二断路器的静触点与电网相连接。光伏组件、电池、电网之间的自动切换、智能切换和不断网切换，提高了用户离网光伏储能系统的安全可靠性，同时智能转换控制装置提高了用户用电的灵活性，多样性，冗余性和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其是指一种离网型光伏储能系统及智能转换控制方法。
背景技术
现有家庭离网型光伏储能系统存在如下缺陷。
1.供电形式单一化，系统遇到天气、光伏组件、电池等问题或故障时，无法通过其他形式给用户提供电能；
2.在电网覆盖地区，无法实现离网型光伏储能系统同电网智能切换，离网型光伏储能系统同电网基本上是独立的，用户只能二者选其一，无法实现智能自动切换。
3.无法自动实现用电经济性，在阶梯电价和峰谷电价地区，用户无法实现电网的不同电价和光伏储能系统的搭配使用，以达到用电的最佳经济性。
中国专利公开号CN102969731A，公开日2013年3月13日，名称为“一种分布式光伏储能系统”的发明专利中公开了一种分布式光伏储能系统，包括：储能单元和监控单元；所述监控单元，与电网调度系统连接，用于接受电网调度系统发出的调度指令，将所述调度指令下发给储能单元；所述储能单元包括：双向逆变器，用于根据所述监控单元下发的调度指令，在光伏发电系统并网输出交流电给供电网络时，切换为并网模式，将输入的交流电转换为直流电输出给电池堆，在光伏发电系统停止输出交流电给供电网络时，切换为孤岛模式，将电池堆输出的直流电转换为交流电输出给供电网络；电池堆，用于存储双向逆变器输出的直流电，或者将自身存储的直流电输出给并网逆变器；电池管理系统，用于检测电池堆的运行状态，并根据检测数据对电池堆进行保护和管理。该系统能够解决现有分布式发电系统的间歇性和不稳定性问题已经降低接入时会堆大电网产生的不良影响，但其不足之处在于，电网和光伏储能系统之间不能进行智能切换，使用上仍有较大的限制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中离网型光伏储能系统供电形式较为单一，无法实现离网型光伏储能系统同电网智能切换的缺点，提供一种离网型光伏储能系统及智能转换控制方法，可以使实现电网、电池、光伏组件自动切换给家庭用户供电。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种离网型光伏储能系统，包括光伏组件、电池、逆变器、用户负载和智能转换控制装置，光伏组件和电池同时与逆变器相连接，逆变器和电网同时与用户负载相连接，逆变器和用户负载之间连接有第一接触器、电网和用户负载之间连接有第二接触器，第一接触器、第二接触器同时还与智能转换控制装置相连接。
光伏组件是安装在家庭用户屋顶或者家庭附件能够充分接收光照的地方的太阳能光伏组件，在光照条件下，能够产生光伏发电；电池作为备用电源，存储电能，在光伏组件和电网之外，可以作为一种备选供电方式给家庭负载供电；智能转换控制装置的核心是微处理器控制系统和DC/DC、DC/AC变化系统组成，接触器的开关由智能转换控制装置中的微处理器软件和硬件系统控制，实现电网、电池、光伏自动切换给家庭用户供电。
作为一种优选方案，离网型光伏储能系统还包括第一断路器、第二断路器和第三断路器，逆变器通过第一接触器与第一断路器的动触点相连接，第一断路器的静触点同时与第二接触器和第三断路器的动触点相连接，第三断路器的静触点与用户负载相连接，第二接触器还与第二断路器的动触点相连接，第二断路器的静触点与电网相连接。断路器是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器，在逆变器、电网侧和负载侧用来实现硬件保护和分配电能。正常工作之前，断路器需要手动闭合。
一种离网型光伏储能系统智能转换控制方法，基于离网型光伏储能系统的智能转换控制装置，包括以下步骤：第一步，装置通过切换状态机判断离网型光伏储能系统是光伏组件或电池给用户负载供电还是电网给用户负载供电，若系统在光伏组件或电池给用户负载供电状态时，跳转到第二步，若系统在电网给用户负载供电状态时，跳转到第四步；
第二步，若光伏储能系统监控到光伏组件、电池无法提供用电负荷或出现故障，则跳转到第三步，若光伏储能系统监控到光伏组件、电池设备正常，则继续保持监控；
第三步，智能转换控制装置发出控制信号，控制闭合电网侧的接触器，然后切断逆变器侧的接触器，此时电网侧的交流电输出至用户负载端；
第四步，若光伏储能系统监控到电网异常，则跳转到第五步，若光伏储能系统监控到电网正常，则继续保持监控；
第五步，智能转换控制装置发出控制信号，首先控制逆变器侧的接触器闭合，然后控制电网侧的接触器有效断开，此时，经过逆变器转换的光伏组件或者电池的DC直流电压变换成家庭负载的AC交流电从逆变器侧输出至家庭负荷。
作为一种优选方案，第二步为光伏储能系统接收到用户设定的切换命令时，跳转至第三步。用户可以编程设定切换以实现峰谷电价和阶梯电价控制切换。
作为一种优选方案，第四步为光伏储能系统接收到用户设定的切换命令时，跳转至第五步。用户可以编程设定切换以实现峰谷电价和阶梯电价控制切换。
作为一种优选方案，第三步具体过程为智能转换控制装置首先发出控制信号电网侧接触器闭合，经过若干时间延时后，逆变器封锁PWM，此时逆变器的DC/AC转换停止，在电网侧接触器闭合的机械时间过程中，逆变器通过控制接触器和PWM信号封锁以及断开逆变器侧接触器软硬件动作，完成了在由逆变器供电向电网供电模式的自动切换。
作为一种优选方案，第五步具体过程为智能转换控制装置首先发出控制信号逆变器侧接触器闭合，经过若干时间延时后，PWM开始工作，此时逆变器的DC/AC转换开始，在逆变器侧接触器闭合的机械时间过程中，逆变器通过控制接触器和PWM信号封锁以及断开电网侧接触器软硬件动作，完成了在由电网供电向逆变器供电模式的自动切换。
本发明的有益效果是：
1.离网型光伏储能系统和电网协同给用户供电的解决方案，解决了用户用电的多样性和灵活性；
2. 光伏组件、电池、电网之间的自动切换、智能切换和不断网切换，提高了用户离网光伏储能系统的安全可靠性；
3. 智能转换控制装置提高了用户用电的灵活性，多样性，冗余性和经济性。
附图说明
图1是本发明的一种逆变器、电网和负载之间的电路原理连接图；
图2是本发明的逆变器侧向电网侧自动切换的流程图；
图3是本发明的电网侧向逆变器侧自动切换的流程图。
其中：1、逆变器，2、电网，3、用户负载，4、第一接触器，5、第二接触器，6、第一断路器，7、第二断路器，8、第三断路器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例：一种离网型光伏储能系统，包括光伏组件、电池、逆变器1、用户负载3和智能转换控制装置，光伏组件和电池同时与逆变器相连接。逆变器、电网和负载之间的电路原理连接图如图1所示，逆变器通过第一接触器4与第一断路器6的动触点相连接，第一断路器的静触点同时与第二接触器5和第三断路器8的动触点相连接，第三断路器8的静触点与用户负载相连接，第二接触器还与第二断路器7的动触点相连接，第二断路器的静触点与电网2相连接。逆变器为PCS逆变器。
一种离网型光伏储能系统智能转换控制方法，基于离网型光伏储能系统的智能转换控制装置，包括以下步骤：第一步，装置通过切换状态机判断离网型光伏储能系统是光伏组件或电池给用户负载供电还是电网给用户负载供电，若系统在光伏组件或电池给用户负载供电状态时，跳转到第二步，若系统在电网给用户负载供电状态时，跳转到第四步；
第二步，若光伏储能系统监控到光伏组件、电池无法提供用电负荷或出现故障，或光伏储能系统接收到用户设定的切换命令时，则跳转到第三步，若光伏储能系统监控到光伏组件、电池设备正常，则继续保持监控；
第三步，智能转换控制装置发出控制信号，控制闭合电网侧的接触器，然后切断逆变器侧的接触器，此时电网侧的交流电输出至用户负载端；
第四步，若光伏储能系统监控到电网异常，或光伏储能系统接收到用户设定的切换命令时，则跳转到第五步，若光伏储能系统监控到电网正常，则继续保持监控；
第五步，智能转换控制装置发出控制信号，首先控制逆变器侧的接触器闭合，然后控制电网侧的接触器有效断开，此时，经过逆变器转换的光伏组件或者电池的DC直流电压变换成家庭负载的AC交流电从逆变器侧输出至家庭负荷。
第三步具体过程如图2所示，当光伏组件或电池给用户负载供电时，切换状态机判断是否进入自动切换模式，若不需要自动切换，光伏组件或电池继续给用户负载供电，若需要自动切换，则智能转换控制装置首先发出控制信号电网侧接触器闭合，经过50ms时间延时后，逆变器封锁PWM，此时逆变器的DC/AC转换停止，在电网侧接触器闭合的50ms机械时间过程中，逆变器通过控制接触器和PWM信号封锁以及断开逆变器侧接触器软硬件动作，完成了在由逆变器供电向电网供电模式的自动切换。
由于逆变器的DC/AC逆变控制采用的IGBT功率器件实现PWM控制，在封锁PWM信号停止DC/AC功率输出的时间控制在100us等级，因此在切换过程中实现了10ms以下（半个功率周波）时间的不断网切换，从而保证了用户用电的延续性和保障了用户用电器的正常工作和安全运行。完成正常切换后，逆变器启动负载侧监控系统程序，监控负载的异常情况（如短路等），为了保护用户负载出现异常后的安全，逆变器在负载异常时会切断电网侧的接触器，暂停电网向异常负载提供供电，以保证用户安全。
第五步具体过程如图3所示，当电网给用户负载供电时，切换状态机判断是否进入自动切换模式，若不需要自动切换，电网继续给用户负载供电，若需要自动切换，则智能转换控制装置首先发出控制信号逆变器侧接触器闭合，经过50ms时间延时后，PWM开始工作，此时逆变器的DC/AC转换开始，在逆变器侧接触器闭合的50ms机械时间过程中，逆变器通过控制接触器以及断开电网侧接触器软硬件动作，完成了在由逆变器供电向电网供电模式的自动切换。
Claims (7)
1. 一种离网型光伏储能系统，其特征是，包括光伏组件、电池、逆变器、用户负载和智能转换控制装置，光伏组件和电池同时与逆变器相连接，逆变器和电网同时与用户负载相连接，逆变器和用户负载之间连接有第一接触器、电网和用户负载之间连接有第二接触器，第一接触器、第二接触器同时还与智能转换控制装置相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种离网型光伏储能系统，其特征是，还包括第一断路器、第二断路器和第三断路器，逆变器通过第一接触器与第一断路器的动触点相连接，第一断路器的静触点同时与第二接触器和第三断路器的动触点相连接，第三断路器的静触点与用户负载相连接，第二接触器还与第二断路器的动触点相连接，第二断路器的静触点与电网相连接。
3. 一种离网型光伏储能系统智能转换控制方法，基于权利要求1或2所述的离网型光伏储能系统的智能转换控制装置，其特征是，包括以下步骤：
第一步，装置通过切换状态机监控判断是否需要切换状态，若需要切换状态时再判断离网型光伏储能系统是光伏组件或电池给用户负载供电还是电网给用户负载供电，若不需要切换状态时则切换状态机继续监控，若系统在光伏组件或电池给用户负载供电状态时，跳转到第二步，若系统在电网给用户负载供电状态时，跳转到第四步；
第二步，若光伏储能系统监控到光伏组件、电池无法提供用电负荷或出现故障，则跳转到第三步，若光伏储能系统监控到光伏组件、电池设备正常，则继续保持监控；
第三步，智能转换控制装置发出控制信号，控制闭合电网侧的接触器，然后切断逆变器侧的接触器，此时电网侧的交流电输出至用户负载端；
第四步，若光伏储能系统监控到电网异常，则跳转到第五步，若光伏储能系统监控到电网正常，则继续保持监控；
第五步，智能转换控制装置发出控制信号，首先控制逆变器侧的接触器闭合，然后控制电网侧的接触器有效断开，此时，经过逆变器转换的光伏组件或者电池的DC直流电压变换成家庭负载的AC交流电从逆变器侧输出至家庭负荷。
4. 根据权利要求3所述的一种离网型光伏储能系统智能转换控制方法，其特征是，所述的第二步为光伏储能系统接收到用户设定的切换命令时，跳转至第三步。
5. 根据权利要求3所述的一种离网型光伏储能系统智能转换控制方法，其特征是，所述的第四步为光伏储能系统接收到用户设定的切换命令时，跳转至第五步。
6. 根据权利要求5所述的一种离网型光伏储能系统智能转换控制方法，其特征是，所述的第三步具体过程为智能转换控制装置首先发出控制信号电网侧接触器闭合，经过若干时间延时后，逆变器封锁PWM，此时逆变器的DC/AC转换停止，在电网侧接触器闭合的机械时间过程中，逆变器通过控制接触器和PWM信号封锁以及断开逆变器侧接触器软硬件动作，完成了在由逆变器供电向电网供电模式的自动切换。
7. 根据权利要5所述的一种离网型光伏储能系统智能转换控制方法，其特征是，所述的第五步具体过程为智能转换控制装置首先发出控制信号逆变器侧接触器闭合，经过若干时间延时后，PWM开始工作，此时逆变器的DC/AC转换开始，在逆变器侧接触器闭合的机械时间过程中，逆变器通过控制接触器和PWM信号封锁以及断开电网侧接触器软硬件动作，完成了在由电网供电向逆变器供电模式的自动切换。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150318 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |