一种模块化、集中式的光伏发电接口装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104038150 A (43)申请公布日 2014.09.10 CN 104038150 A (21)申请号 201410302931.7 (22)申请日 2014.06.27 H02S 40/30(2014.01) H02J 3/38(2006.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 武汉电力职业技术学院 (72)发明人 余建华 郭小进 郑秀玉 王盼 戢凯飞 (74)专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限 公司 42102 代理人 崔友明 (54) 发明名称 一种模块化、 集中式的光伏发电接口装置 (57)。

2、 摘要 一种模块化、 集中式的光伏发电接口装置， 包 括光伏控制模块、 直流母线、 逆变器模块、 集中监 控模块、 主配电断路器、 负荷断路器以及蓄电池充 放电模块， 光伏控制模块的一端与太阳能电池板 相连、 另一端接在直流母线上 ； 逆变器模块的一 端连接在直流母线上、 用于将直流电转变为交流 电输出， 逆变器模块的另一端分别与主配电断路 器、 负荷断路器连接 ； 蓄电池充放电模块连接在 直流母线上 ； 光伏控制模块、 蓄电池充放电模块、 逆变器模块、 主配电断路器、 负荷断路器均通过 CAN总线或RS485串口与集中监控模块通讯连接， 集中监控模块上设有用于与显示触摸屏连接的显 示屏接口。。

3、本发明的有益效果 ： 整个接口装置结 构简洁、 界面清晰、 维护便捷、 扩容快速、 利用率 高。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104038150 A CN 104038150 A 1/1 页 2 1. 一种模块化、 集中式的光伏发电接口装置， 其特征在于 ： 它包括光伏控制模块、 直流 母线、 逆变器模块、 集中监控模块、 主配电断路器、 负荷断路器以及蓄电池充放电模块， 所述 光伏控制模块的一端与太阳能电池板相连、 另一端接。

4、在直流母线上 ； 所述逆变器模块的一 端连接在直流母线上、 用于将直流电转变为交流电输出， 逆变器模块的另一端分别与主配 电断路器、 负荷断路器连接 ； 所述蓄电池充放电模块连接在直流母线上 ； 所述光伏控制模 块、 蓄电池充放电模块、 逆变器模块、 主配电断路器、 负荷断路器均通过CAN总线或RS485串 口与集中监控模块通讯连接， 所述集中监控模块上设有用于与显示触摸屏连接的显示屏接 口。 2. 如权利要求 1 所述的模块化、 集中式的光伏发电接口装置， 其特征在于 ： 所述光伏控 制模块、 逆变器模块以及蓄电池充放电模块均采用模块化插件结构。 3. 如权利要求 1 所述的模块化、 集中式。

5、的光伏发电接口装置， 其特征在于 ： 所述光伏控 制模块、 逆变器模块、 蓄电池充放电模块的数量根据需求选定。 4. 如权利要求 1 所述的模块化、 集中式的光伏发电接口装置， 其特征在于 ： 所述逆变器 模块按工作模式不同设置有纯有功输出逆变器、 无功补偿逆变器、 有源滤波逆变器。 5. 如权利要求 1 所述的模块化、 集中式的光伏发电接口装置， 其特征在于 ： 所述光伏控 制模块包括若干条汇流支路、 电池板温度传感器、 电池板位置传感器、 太阳光位置传感器、 太阳能电池板控制电机、 第一单片机以及第一图形显示器 ； 所述各个汇流支路用于将太阳 能电池板连接至直流母线， 所述直流母线后端经开。

6、关 QS 连接至直流负载供电， 同时各个汇 流支路上配设有防雷器、 电压传感器、 电流传感器， 所述电压传感器、 电流传感器、 电池板温 度传感器通过多路开关以及 AD 转换器连接至第一单片机 ； 所述电池板位置传感器及太阳 光位置传感器经光电隔离器连接至第一单片机 ； 所述太阳能电池板控制电机通过电机驱动 电路连接至第一单片机 ； 所述第一单片机通过通讯接口与第一图形显示器以及集中监控模 块连接。 6. 如权利要求 1 所述的模块化、 集中式的光伏发电接口装置， 其特征在于 ： 所述蓄电池 充放电模块包括蓄电池、 功率管、 蓄电池温度传感器、 功率管温度传感器、 第二单片机以及 第二图形显示。

7、器， 所述蓄电池经功率管连接至直流母线、 构成充放电回路， 充放电回路上配 设有电压传感器、 电流传感器， 所述电压传感器、 电流传感器、 蓄电池温度传感器、 功率管温 度传感器通过多路开关以及 AD 转换器连接至第二单片机 ； 所述第二单片机通过通讯接口 与第二图形显示器以及集中监控模块连接。 7. 如权利要求 1 所述的模块化、 集中式的光伏发电接口装置， 其特征在于 ： 所述集中监 控模块上预留有用于上级调度的上级传送接口， 集中监控模块通过上级传送接口与后台监 控系统通讯连接。 权 利 要 求 书 CN 104038150 A 2 1/4 页 3 一种模块化、 集中式的光伏发电接口装置。

8、 技术领域 0001 本发明属于新能源电力特别是光伏发电领域， 具体涉及一种模块化、 集中式的光 伏发电接口装置。 背景技术 0002 太阳能作为一种取之不尽、 用之不竭的清洁能源， 越来越广泛的应用于人们的生 产和生活之中。 其中太阳能光伏发电技术因其安装灵活、 应用简单等优势， 加之技术日益成 熟、 成本逐渐降低， 已成为国家大力推行和发展的发电项目之一。而目前， 市场上大多数光 伏发电设备结构较零散， 其汇流箱、 控制器、 逆变器、 蓄电池等都是各自分开的， 各部件信息 单独显示， 彼此之间通过线缆相连接， 造成整个光伏发电系统结构繁杂、 体积较大。同时传 统光伏发电设备大多仅能在白天且。

9、阳光较充足的天气情况下正常工作， 而夜晚则处于停机 状态， 设备利用率低。其功能也较单一， 多数设备仅输出有功功率。与此同时传统光伏发电 设备一旦构成， 容量即固定， 扩展也比较麻烦。 发明内容 0003 本发明要解决的技术问题是， 针对现有光伏发电设备存在的上述不足， 提供一种 模块化、 集中式的光伏发电接口装置， 整个装置结构简洁、 界面清晰、 维护便捷、 扩容快速、 利用率高。 0004 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是 ： 0005 一种模块化、 集中式的光伏发电接口装置， 它包括光伏控制模块、 直流母线、 逆变 器模块、 集中监控模块、 主配电断路器、 负荷断路器以及蓄电池。

10、充放电模块， 所述光伏控制 模块的一端与太阳能电池板相连、 另一端接在直流母线上 ； 所述逆变器模块的一端连接在 直流母线上、 用于将直流电转变为交流电输出， 逆变器模块的另一端分别与主配电断路器、 负荷断路器连接 ； 所述蓄电池充放电模块连接在直流母线上 ； 所述光伏控制模块、 蓄电池 充放电模块、 逆变器模块、 主配电断路器、 负荷断路器均通过 CAN 总线或 RS485 串口与集中 监控模块通讯连接， 所述集中监控模块上设有用于与显示触摸屏连接的显示屏接口。 0006 按上述方案， 所述光伏控制模块、 逆变器模块以及蓄电池充放电模块均采用模块 化插件结构， 蓄电池充放电模块根据用户需求选。

11、配。 0007 按上述方案， 所述光伏控制模块、 逆变器模块、 蓄电池充放电模块的数量根据需求 选定。 0008 按上述方案， 所述逆变器模块按工作模式不同设置有纯有功输出逆变器、 无功补 偿逆变器、 有源滤波逆变器 ( 根据用户需求选择性配置 )。 0009 按上述方案， 所述光伏控制模块包括若干条汇流支路、 电池板温度传感器、 电池 板位置传感器、 太阳光位置传感器、 太阳能电池板控制电机、 第一单片机以及第一图形显 示器 ； 所述各个汇流支路用于将太阳能电池板连接至直流母线， 所述直流母线后端经开关 QS 连接至负载供电， 同时各个汇流支路上配设有防雷器、 电压传感器、 电流传感器， 所。

12、述电 说 明 书 CN 104038150 A 3 2/4 页 4 压传感器、 电流传感器、 电池板温度传感器通过多路开关以及 AD 转换器连接至第一单片机 ( 电压传感器、 电流传感器分别用于监测太阳能电池板输出电压、 电流， 电池板温度传感器 用于监测太阳能电池板温度 ) ； 所述电池板位置传感器及太阳光位置传感器经光电隔离器 连接至第一单片机 ( 电池板位置传感器及太阳光位置传感器分别用于监测太阳能电池板、 阳光的方位信息 ) ； 所述太阳能电池板控制电机通过电机驱动电路连接至第一单片机 ； 所 述第一单片机通过通讯接口与第一图形显示器以及集中监控模块连接。 0010 按上述方案， 所述。

13、蓄电池充放电模块包括蓄电池、 功率管、 蓄电池温度传感器、 功 率管温度传感器、 第二单片机以及第二图形显示器， 所述蓄电池经功率管连接至直流母线、 构成充放电回路， 充放电回路上配设有电压传感器、 电流传感器， 所述电压传感器、 电流传 感器、 蓄电池温度传感器、 功率管温度传感器通过多路开关以及 AD 转换器连接至第二单片 机 ( 电压传感器、 电流传感器分别用于监测蓄电池输出电压、 电流， 蓄电池温度传感器用于 监测蓄电池温度， 功率管温度传感器用于监测功率管温度 ) ； 所述第二单片机通过通讯接 口与第二图形显示器以及集中监控模块连接。 0011 按上述方案， 所述集中监控模块上预留有。

14、用于上级调度的上级传送接口， 集中监 控模块通过上级传送接口与后台监控系统通讯连接。 0012 本发明与现有技术相比， 主要具有以下优点 ： 0013 1、 该光伏发电接口装置通过整合零散模块， 高效利用空间， 合理配置线路， 整体结 构简洁、 界面清晰 ； 0014 2、 采用模块化插件结构， 集成多模块于一体， 容量扩展方便、 更换维护快， 各模块 检测信息通过 CAN 总线或 RS485 串口送入集中监控模块进行集中监测、 通过显示触摸屏统 一显示， 可靠性增强、 也更利于用户分批投资 ； 0015 3、 通过不同逆变器设置光伏发电接口装置的多种工作模式 ： 有功输出、 无功补偿 或有源。

15、滤波， 通过多种工作模式的设置有效改善接入点电压， 在夜间重负荷时间段， 仍可提 供无功出力， 改善线路的电能质量， 极大提高光伏发电接口装置的利用率， 更加适用于多种 场合的光伏发电接口应用。 附图说明 0016 图 1 为本发明模块化、 集中式的光伏发电接口装置的原理示意框图 ； 0017 图 2 为本发明模块化、 集中式的光伏发电接口装置的安装结构示意图 ； 0018 图 3 为本发明光伏控制模块的工作原理图 ； 0019 图 4 为本发明蓄电池充放电模块的工作原理图 ； 0020 图 5 为本发明集中监控模块的工作原理图。 具体实施方式 0021 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更。

16、加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 0022 参照图 1 所示， 本发明所述的模块化、 集中式的光伏发电接口装置， 它包括光伏控 制模块、 直流母线、 逆变器模块、 集中监控模块、 主配电断路器、 负荷断路器以及蓄电池充放 电模块， 所述光伏控制模块的一端与太阳能电池板相连、 另一端接在直流母线上 ； 所述逆变 说 明 书 CN 104038150 A 4 3/4 页 5 器模块的一端连接在直流母线上、 用于将直流电转变为交流电输出， 逆变器模块的另一端 分别与主配电断路器、 负荷断路器连接 ( 主配电断路器与电网连接 ) ； 所述蓄电池充放电模 块连接在直流。

17、母线上 ； 所述光伏控制模块、 蓄电池充放电模块、 逆变器模块、 主配电断路器、 负荷断路器均通过 CAN 总线或 RS485 串口与集中监控模块通讯连接， 所述集中监控模块上 设有用于与显示触摸屏连接的显示屏接口。 0023 参照图 2 所示， 所述光伏控制模块、 逆变器模块以及蓄电池充放电模块均采用模 块化插件结构并设置在一个屏柜中。 光伏控制模块、 逆变器模块、 蓄电池充放电模块的数量 根据需求选定， 方便扩容及更换维护 ； 各模块相互独立、 一体化结构， 当几个模块同时工作 时， 为保证各模块同时均衡出力， 通常采用串联电阻等方式， 使每个模块上的电流电压均衡 分配， 使各模块平衡工作。

18、， 增加可靠性。图 2 中显示的光伏发电接口装置输出为单相交流， 同样可扩展到三相交流并网。蓄电池充放电模块根据客户需求选择性配备， 蓄电池充放电 模块连接在直流母线上， 或根据具体应用需求分离安装。 0024 所述逆变器模块按工作模式不同设置有纯有功输出逆变器、 无功补偿逆变器、 有 源滤波逆变器， 根据应用场合或用户需求切换不同逆变器匹配光伏发电接口装置不同的工 作模式 ： a、 纯有功输出逆变器自发自用余量 ； b、 无功补偿逆变器对线路中的无功或谐波进 行治理 ； c、 有源滤波逆变器适用于线路末端的用户。通过切换不同逆变器改变设备工作方 式， 使其工作于单纯输出有功功率或者无功补偿、。

19、 有源滤波等状态来补偿电能质量。 0025 参照图 3 所示的光伏控制模块工作原理图， 所述光伏控制模块包括若干条汇流支 路、 电池板温度传感器、 电池板位置传感器、 太阳光位置传感器、 太阳能电池板控制电机、 第 一单片机以及第一图形显示器 ； 所述各个汇流支路用于将太阳能电池板连接至直流母线， 所述直流母线后端经开关 QS 连接至负载供电， 同时各个汇流支路上配设有防雷器、 电压传 感器、 电流传感器， 所述电压传感器、 电流传感器、 电池板温度传感器通过多路开关以及 AD 转换器连接至第一单片机 ( 电压传感器、 电流传感器分别用于监测太阳能电池板输出电 压、 电流， 电池板温度传感器用。

20、于监测太阳能电池板温度 ) ； 所述电池板位置传感器及太阳 光位置传感器经光电隔离器连接至第一单片机 ； 所述太阳能电池板控制电机通过电机驱动 电路连接至第一单片机 ； 所述第一单片机通过通讯接口与第一图形显示器以及集中监控模 块连接。第一单片机接收电池板温度传感器监测的太阳能电池板温度、 电压传感器监测的 输出电压、 电流传感器监测的输出电流、 电池板位置传感器及太阳光位置传感器监测的太 阳能电池板、 阳光的方位信息， 并通过第一图形显示器进行状态指示， 以及与集中监控模块 实现通讯功能 ； 太阳能电池板控制电机用于控制太阳能电池板的方位实现太阳光的跟踪， 其中太阳能电池板的方位控制可根据用。

21、户需求设置。 0026 参照图 4 所示的蓄电池充放电模块工作原理图， 所述蓄电池充放电模块包括蓄电 池、 功率管、 蓄电池温度传感器、 功率管温度传感器、 第二单片机以及第二图形显示器， 所述 蓄电池经功率管连接至直流母线、 构成充放电回路， 充放电回路上配设有电压传感器、 电流 传感器， 所述电压传感器、 电流传感器、 蓄电池温度传感器、 功率管温度传感器通过多路开 关以及 AD 转换器连接至第二单片机 ( 电压传感器、 电流传感器分别用于监测蓄电池输出 电压、 电流， 蓄电池温度传感器用于监测蓄电池温度， 功率管温度传感器用于监测功率管温 度 ) ； 所述第二单片机通过通讯接口与第二图形。

22、显示器以及集中监控模块连接。第二单片 机接收电压传感器监测的输出电压、 电流传感器监测的输出电流、 蓄电池温度传感器监测 说 明 书 CN 104038150 A 5 4/4 页 6 的蓄电池温度、 功率管温度传感器监测的功率管温度， 并通过第二图形显示器进行状态指 示， 以及与集中监控模块实现通讯功能， 实现蓄电池的充放电控制及温度检测。 该蓄电池充 放电模块可根据需求选择性配置。 0027 参照图 5 所示的集中监控模块工作原理图， 集中监控模块为整个光伏发电接口装 置的各模块监测提供人机接口， 各模块检测信息通过 CAN 总线或 RS485 分别送入集中监控 模块进行集中监测。一个集中监。

23、控模块可以监测多个光伏控制模块、 逆变器模块以及蓄电 池充放电模块， 集中监控模块负责对直流母线、 逆变器模块、 主配电断路器的配电状态、 负 荷断路器的负荷状态进行监测， 并与光伏控制模块进行通讯， 之后将所有信息通过显示屏 接口传送至显示触摸屏， 用户通过显示触摸屏查看光伏发电接口装置的工作信息及状态。 同时集中监控模块还对输出端的负载用电及并网进行监测。 所述集中监控模块上还预留有 用于上级调度的上级传送接口， 集中监控模块通过上级传送接口与后台监控系统通讯连接 ( 配备以太网， 可以采用无线传输网络进行无线通讯 )。 0028 最后应当说明的是， 以上内容仅用以说明本发明的技术方案， 而非对本发明保护 范围的限制， 本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换， 均不脱离本发明技术方案的实质和范围。 说 明 书 CN 104038150 A 6 1/4 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104038150 A 7 2/4 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 104038150 A 8 3/4 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 104038150 A 9 4/4 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 104038150 A 10 。