專利名稱：一種供電變電所用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，尤其是一種供電變電所用具有直
流充電和并網(wǎng)發(fā)電功能的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光伏發(fā)電系統(tǒng)通過太陽電池將來自太陽的能源轉(zhuǎn)換成電能，這些電能可以送入電 網(wǎng)或儲存在蓄電池，從而為人類提供用之不竭的能源。此外，太陽能還具有安全可靠、無需 消耗燃料、維護(hù)方便、規(guī)模大小隨意、可以于建筑物相結(jié)合等常規(guī)能源無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)是最近幾年興起的新技術(shù)，與傳統(tǒng)煤油、油電相比具有環(huán)保、無 能源消耗、可重復(fù)利用等諸多優(yōu)點(diǎn)，是今后實(shí)現(xiàn)能源戰(zhàn)略的發(fā)展的重點(diǎn)?，F(xiàn)國外太陽能光伏 發(fā)電技術(shù)和規(guī)模運(yùn)營已經(jīng)成熟，美國、日本、德國都已經(jīng)建立了兆瓦級光伏電站，其建筑光 伏發(fā)電一體化(BIPV)包括太陽能屋頂光伏系統(tǒng)都已相當(dāng)普及。而中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)是于 20世紀(jì)70年代起步，90年代中期進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期的，現(xiàn)在太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步 增加，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。 目前市面上出現(xiàn)的比較多的是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，或者是只具有獨(dú)立發(fā)電的光伏 系統(tǒng)，前者當(dāng)電網(wǎng)停電時(shí)，就不能與電網(wǎng)并網(wǎng)，發(fā)電受電網(wǎng)限制較大；后者是長期出現(xiàn)陰雨 天氣時(shí)，就不能及時(shí)輸出電能，嚴(yán)重情況下還有可能損壞儲能裝置中的蓄電池。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種具有直流充電和并網(wǎng)發(fā)電功能的供電變電所太陽 能光伏系統(tǒng)，系統(tǒng)正常時(shí)以并網(wǎng)方式運(yùn)行，在變電所交流電失電時(shí)系統(tǒng)可作為直流充電機(jī) 使用，實(shí)現(xiàn)直流充電與并網(wǎng)發(fā)電的整合，使直流發(fā)電與并網(wǎng)發(fā)電自動切換，或者通過手動切 換。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為 —種供電變電所用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽電池陣列，太陽能電池陣列包 括太陽電池組件、接線盒及支架，太陽電池組件通過電氣連接方式連接，將太陽能直接轉(zhuǎn)換 成電能，并將太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電壓通過接線盒輸出，其特征是太陽能電池陣列 產(chǎn)生的直流電壓通過接線盒輸出給直流配電箱；直流配電箱接收太陽能電池陣列產(chǎn)生的直 流電壓，經(jīng)過隔離變換成恒定的直流電壓輸出給控制切換裝置，控制切換裝置設(shè)置并網(wǎng)發(fā) 電及直流充電兩種功能的切換；控制切換裝置分別與光伏并網(wǎng)逆變器和光伏充電控制器連 接；光伏并網(wǎng)逆變器的輸出端通過配電柜與變電所內(nèi)的變壓器低壓端并聯(lián)，將電能通過變 壓器送入市電電網(wǎng)；光伏充電控制器與蓄電池連接，控制太陽電池給蓄電池充電，同時(shí)對蓄 電池的過充、過放進(jìn)行保護(hù)；蓄電池與變電所內(nèi)的直流系統(tǒng)連接，蓄電池存儲太陽光伏電 能，在變電所的交流電網(wǎng)失電的情況下，為變電所內(nèi)的直流系統(tǒng)供電。 根據(jù)所述的供電變電所用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)還包括獨(dú)立的 檢測系統(tǒng)，該獨(dú)立的檢測系統(tǒng)用來檢測并網(wǎng)電站運(yùn)行狀況，包括檢測電站的運(yùn)行參數(shù)和監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，該檢測系統(tǒng)利用工程控制計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)，顯示各種工作狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)，并 完成各種數(shù)據(jù)的通信。 根據(jù)所述的供電變電所用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述的控制切換裝置 包括手動進(jìn)行獨(dú)立并網(wǎng)發(fā)電、手動進(jìn)行直流充電、自動進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電/直流充電三種切換 狀態(tài)；正常情況下，控制切換裝置處于自動進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電/直流充電切換狀態(tài)下；(l)手動 進(jìn)行直流充電直流充電開關(guān)合閘，其他開關(guān)斷開，僅光伏充電控制器工作，可以給蓄電池 充電；(2)手動進(jìn)行獨(dú)立并網(wǎng)發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電開關(guān)合閘，其他開關(guān)斷開，僅光伏并網(wǎng)逆變器 工作，并網(wǎng)發(fā)電；(3)自動進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電/直流充電自動切換開關(guān)合閘，其他開關(guān)斷開，采 樣端口輸入220VAC，交流市電正常時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器工作，并網(wǎng)發(fā)電；交流市電失電時(shí)， 延時(shí)后，光伏并網(wǎng)逆變器停止工作，光伏充電控制器開始工作，給蓄電池充電。 本實(shí)用新型供電變電所用光伏發(fā)電系統(tǒng)，具有直流充電及并網(wǎng)發(fā)電功能，太陽能 電池陣列產(chǎn)生的直流電能一方面可以經(jīng)光伏并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，逆變器的輸出端通 過配電柜與變電所內(nèi)的變壓器低壓端(220V/380V)并聯(lián)，將發(fā)出的電能通過變壓器送入電 網(wǎng)供用戶直接使用，增加光伏電站利用率，讓光伏電站具有并網(wǎng)發(fā)電的功能，另一方面可在 交流失電的情況下由光伏充電控制器為蓄電池充電，進(jìn)而可為變電所內(nèi)部的直流系統(tǒng)供 電，增加了變電所直流系統(tǒng)的可靠性。 本實(shí)用新型供電變電所用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有直流充電和并網(wǎng)發(fā)電功能，系 統(tǒng)正常情況下以并網(wǎng)方式運(yùn)行，在變電所交流電失電的情況下，系統(tǒng)可作為直流充電機(jī)使 用。這就實(shí)現(xiàn)了直流充電與并網(wǎng)發(fā)電的整合，使直流發(fā)電與并網(wǎng)發(fā)電自動切換，也可以通過 手動切換。

圖1為本實(shí)用新型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖。 圖2為本實(shí)用新型中控制切換裝置原理圖。 圖3為本實(shí)用新型中控制切換裝置接線圖。 圖4為本實(shí)用新型中光伏并網(wǎng)逆變器SG5K-C的主電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明 本實(shí)用新型供電變電所用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池陣列將太陽能 轉(zhuǎn)換成為直流電，再通過直流/交流光伏并網(wǎng)逆變器將太陽能發(fā)出的直流電逆變成50赫 茲、220V/380V的交流電。光伏并網(wǎng)逆變器的輸出端通過配電柜與變電所內(nèi)的變壓器低壓端 (220V/380V)并聯(lián)，將發(fā)出的電能通過變壓器送入電網(wǎng)。 太陽能光伏獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池陣列在太陽光照射下輸出電能，經(jīng)過直 流配電器和光伏充電控制器向蓄電池組充電并向直流負(fù)載供電。在連續(xù)陰雨天光伏電池發(fā) 電量不能滿足向負(fù)載供電時(shí)，可以由蓄電池通過光伏充電控制器繼續(xù)向負(fù)載供電。 本實(shí)用新型光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要包括太陽電池陣列，直流配電箱，控制切換裝置， 光伏充電控制器，蓄電池，獨(dú)立的檢測系統(tǒng)等，其中 太陽能電池陣列由光伏電池組件通過一定的電氣連接方式組成，將太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能，通過最大功率點(diǎn)，使光伏電池處于最大功率輸出狀態(tài)，并將太陽能電池陣列產(chǎn) 生的直流電壓直接輸出給直流配電箱； 直流配電箱接收太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電壓，經(jīng)過隔離變換成恒定的直流電 壓輸出給控制切換裝置； 控制切換裝置主要完成并網(wǎng)發(fā)電及直流充電兩種功能的切換；該控制切換裝置， 可手動切換也可自動切換。其中，手動切換可以單獨(dú)進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電或單獨(dú)進(jìn)行直流充電；在 自動切換狀態(tài)下，該系統(tǒng)是以并網(wǎng)發(fā)電方式運(yùn)行，若出現(xiàn)交流失電的情況，為增加直流系統(tǒng) 的可靠性，光伏電站作為備用直流充電機(jī)為變電所的直流系統(tǒng)充電。該系統(tǒng)中自動切換功 能，是通過檢測交流電是否失電來執(zhí)行自動切換。 光伏充電控制器連接于儲能裝置，能控制太陽電池給蓄電池充電、同時(shí)控制器對 蓄電池的過充、過放進(jìn)行保護(hù)。 蓄電池是儲能裝置，用于存儲太陽光伏電能，在交流電網(wǎng)失電不能為變電所內(nèi)直 流系統(tǒng)提供電能的情況下由蓄電池為變電所直流系統(tǒng)供電，保證直流系統(tǒng)的可靠性。 獨(dú)立的檢測系統(tǒng)是獨(dú)立的檢測系統(tǒng)是用來檢測并網(wǎng)電站運(yùn)行狀況，包括檢測電站 的運(yùn)行參數(shù)(電壓、電流、功率、頻率、發(fā)電量、二氧化碳的減排量等)和監(jiān)測環(huán)境參數(shù)(日 照、風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度)。該檢測系統(tǒng)利用工控機(jī)(工程控制計(jì)算機(jī))采集數(shù)據(jù)，利用37' 大屏幕液晶電視顯示各種工作狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)，并完成各種數(shù)據(jù)的通信。 具體實(shí)施例 本實(shí)用新型針對長期連續(xù)對蓄電池充放電會影響蓄電池的壽命，以及只作為直流 充電使用，會浪費(fèi)太陽能資源的缺陷。本實(shí)用新型采用在并網(wǎng)運(yùn)行方式下，若出現(xiàn)交流電網(wǎng) 失電的情況，能自動切換到直流充電運(yùn)行方式；而控制切換裝置中的手動切換可以實(shí)現(xiàn)獨(dú) 立并網(wǎng)發(fā)電或獨(dú)立直流充電。 本實(shí)用新型根據(jù)變電所直流系統(tǒng)蓄電池充電要求，兼顧并網(wǎng)逆變器工作條件，結(jié)
合安裝地點(diǎn)的氣象信息，確定了光伏組件的具體配置。本實(shí)用新型采用的是ATM-175的單
晶硅太陽電池組件，采用的是9串3并的光伏組件方陣，方陣共需27塊組件。 本實(shí)用新型根據(jù)供電變電所的輸電要求，確定了太陽能電池組件、光伏充電控制
器、直流-交流逆變設(shè)備(并網(wǎng)逆變器)、光伏電站檢測系統(tǒng)的主要的參數(shù)，特別是在選定并
網(wǎng)逆變器時(shí)，使總電流的畸變率滿足了供電站的要求，最后還對太陽能光伏發(fā)電進(jìn)行了理
論計(jì)算和實(shí)際供電量的分析。 本實(shí)用新型如圖1所示，包括太陽電池陣列，直流配電箱，控制切換裝置，光伏并 網(wǎng)逆變器，光伏充電控制器，蓄電池，獨(dú)立的檢測系統(tǒng)。 太陽能電池陣列由太陽電池組件、接線盒及支架組成。是由太陽電池組件通過一 定的電氣連接方式組成，將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，并將太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電壓 通過接線盒輸出給直流配電箱。 直流配電箱接收太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電壓，經(jīng)過隔離變換成恒定的直流電 壓輸出給控制切換裝置； 控制切換裝置為本實(shí)用新型的核心部分，該部分主要有手動進(jìn)行獨(dú)立并網(wǎng)發(fā)電、 手動進(jìn)行直流充電、自動進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電/直流充電。 根據(jù)具體的需要可手動進(jìn)行獨(dú)立并網(wǎng)發(fā)電或獨(dú)立直流充電。如圖2所示，指令開關(guān)有三種狀態(tài)，"直流""并網(wǎng)""自動"。正常情況下，該系統(tǒng)是處于自動切換狀態(tài)下。 (1)直流充電開關(guān)合閘(其他開關(guān)斷開)僅光伏充電控制器工作，可以給蓄電池 充電。 (2)并網(wǎng)發(fā)電開關(guān)合閘(其他開關(guān)斷開)僅光伏并網(wǎng)逆變器工作，并網(wǎng)發(fā)電。 (3)自動切換開關(guān)合閘(其他開關(guān)斷開)采樣端口輸入220VAC，交流市電正常 時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器工作，并網(wǎng)發(fā)電。交流市電失電時(shí)，延時(shí)后，光伏并網(wǎng)逆變器停止工作， 光伏充電控制器開始工作，給蓄電池充電。 獨(dú)立的檢測系統(tǒng)是用來檢測并網(wǎng)電站運(yùn)行狀況，包括檢測電站的運(yùn)行參數(shù)(電 壓、電流、功率、頻率、發(fā)電量、二氧化碳的減排量等)和監(jiān)測環(huán)境參數(shù)(日照、風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán) 境溫度)。該檢測系統(tǒng)利用工控機(jī)(工程控制計(jì)算機(jī))采集數(shù)據(jù)，利用37'大屏幕液晶電視 顯示各種工作狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)，并完成各種數(shù)據(jù)的通信。 下附各部分裝置的廠家、型號及部分參數(shù)。 (l)太陽電池組件 廠家山東昂立天晟光伏科技有限公司 型號ATM-175 其主要參數(shù)如下 電池材料單晶硅； 電池組成由72片單晶硅電池以有序形式排列，串聯(lián)而成 封裝結(jié)構(gòu)玻璃/電池/金屬框架； 滿足IEC1215標(biāo)準(zhǔn)； .標(biāo)稱功率180W; *開路電壓44. 4V; *短路電流5. 3A;，數(shù)量27塊； 工作環(huán)境溫度-40°C +70°C ; 太陽電池總功率4860W ; 太陽電池陣工作壽命> 25年； (2)光伏充電控制器 廠家合肥陽光電源有限公司 型號SD22050 其主要技術(shù)參數(shù)如下 環(huán)境要求工作溫度-20°C 40°C ; 儲存溫度-20°C 50°C ; 相對濕度95%以下； 冷卻方式自然風(fēng)冷； 絕緣強(qiáng)度DC500V時(shí)lmin ; 絕緣阻抗大于10MQ; 系統(tǒng)接地負(fù)極接地。
測量參數(shù)太陽電池陣列輸入電壓，太陽電池陣列各路輸入電流，蓄電池直流輸出電流，蓄電池電壓。
指示過充、過放保護(hù)指示。
報(bào)警過放時(shí)報(bào)警。
功率/電流控制參數(shù)最大允許輸入功率11000W ;最大允許輸入電流50A ;最大 輸出電流50A。 (3)光伏并網(wǎng)逆變器(直流_交流逆變設(shè)備) 廠家合肥陽光電源有限公司 型號SG5K-C 部分工作參數(shù)如下 直流最佳功率跟蹤(MPPT)輸入電壓范圍DC200V DC450V ; 最大陣列開路電壓DC450V ; 直流電壓紋波V卯《10% ; 最大直流輸入電流DC30A ; 最大轉(zhuǎn)換效率95% (歐洲效率93% ); 最大交流輸出功率5KW ; 允許電網(wǎng)頻率范圍49. 8 50. 2Hz ; 總電流波形畸變率THD《3% ; 功率因素X). 98; 保護(hù)功能極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、過熱保護(hù)、過載保護(hù)、接地保 護(hù)； 系統(tǒng)通訊 通訊接口 RS485或CAN總線； 電網(wǎng)監(jiān)測按照UL1741標(biāo)準(zhǔn)。 (4)工控機(jī) 廠家研華科技股份有限公司 型號ARK-3389 部分工作參數(shù)如下 CPU: Intel Pentium M低電壓處理器； 系統(tǒng)內(nèi)存一個(gè)200針SO-DI匪插槽；支持高達(dá)1GB的DDR SDRAM ; 顯示最高64MB的動態(tài)視頻內(nèi)存；CRT接口 ； 以太網(wǎng)控制器10/100MBps ; 看門狗定時(shí)器及串行端口 ； 輸入電壓DC12V DC24V ; 工作溫度-20°C 60°C 。 上面所述的實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本實(shí)用 新型的構(gòu)思和保護(hù)范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域中普通 工程技術(shù)人員對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種供電變電所用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽電池陣列，太陽能電池陣列包括太陽電池組件、接線盒及支架，太陽電池組件通過電氣連接方式連接，將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，并將太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電壓通過接線盒輸出，其特征是太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電壓通過接線盒輸出給直流配電箱；直流配電箱接收太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電壓，經(jīng)過隔離變換成恒定的直流電壓輸出給控制切換裝置，控制切換裝置設(shè)置并網(wǎng)發(fā)電及直流充電兩種功能的切換；控制切換裝置分別與光伏并網(wǎng)逆變器和光伏充電控制器連接；光伏并網(wǎng)逆變器的輸出端通過配電柜與變電所內(nèi)的變壓器低壓端并聯(lián)，將電能通過變壓器送入市電電網(wǎng)；光伏充電控制器與蓄電池連接，控制太陽電池給蓄電池充電，同時(shí)對蓄電池的過充、過放進(jìn)行保護(hù)；蓄電池與變電所內(nèi)的直流系統(tǒng)連接，蓄電池存儲太陽光伏電能，在變電所的交流電網(wǎng)失電的情況下，為變電所內(nèi)的直流系統(tǒng)供電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電變電所用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)還包 括獨(dú)立的檢測系統(tǒng)，該獨(dú)立的檢測系統(tǒng)用來檢測并網(wǎng)電站運(yùn)行狀況，包括檢測電站的運(yùn)行 參數(shù)和監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，該檢測系統(tǒng)利用工程控制計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)，顯示各種工作狀態(tài)及運(yùn) 行參數(shù)，并完成各種數(shù)據(jù)的通信。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的供電變電所用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述的 控制切換裝置包括手動進(jìn)行獨(dú)立并網(wǎng)發(fā)電、手動進(jìn)行直流充電、自動進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電/直流 充電三種切換狀態(tài)；正常情況下，控制切換裝置處于自動進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電/直流充電切換狀 態(tài)下；(l)手動進(jìn)行直流充電直流充電開關(guān)合閘，其他開關(guān)斷開，僅光伏充電控制器工作， 可以給蓄電池充電；(2)手動進(jìn)行獨(dú)立并網(wǎng)發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電開關(guān)合閘，其他開關(guān)斷開，僅光 伏并網(wǎng)逆變器工作，并網(wǎng)發(fā)電；(3)自動進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電/直流充電自動切換開關(guān)合閘，其他 開關(guān)斷開，采樣端口輸入220VAC，交流市電正常時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器工作，并網(wǎng)發(fā)電；交流 市電失電時(shí)，延時(shí)后，光伏并網(wǎng)逆變器停止工作，光伏充電控制器開始工作，給蓄電池充電。
專利摘要一種供電變電所用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電壓輸出給直流配電箱，然后輸出給控制切換裝置?？刂魄袚Q裝置具有并網(wǎng)發(fā)電及直流充電兩種功能；控制切換裝置分別與光伏并網(wǎng)逆變器和光伏充電控制器連接；光伏并網(wǎng)逆變器的輸出端與變電所內(nèi)的變壓器低壓端并聯(lián)，將電能送入市電電網(wǎng)；光伏充電控制器與蓄電池連接，蓄電池與變電所內(nèi)的直流系統(tǒng)連接，在變電所的交流電網(wǎng)失電的情況下，為直流系統(tǒng)供電。本實(shí)用新型具有直流充電和并網(wǎng)發(fā)電功能，系統(tǒng)正常情況下以并網(wǎng)方式運(yùn)行，在變電所交流電失電的情況下，可作為直流充電機(jī)使用。本實(shí)用新型可增強(qiáng)所內(nèi)直流系統(tǒng)供電可靠性，可減少變電所內(nèi)負(fù)荷對電網(wǎng)的耗電量，甚至能實(shí)現(xiàn)變電所的零損耗。
文檔編號H02J9/04GK201515334SQ20092023905
公開日2010年6月23日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者孔慶, 張沖, 張衛(wèi)國, 張松, 張萍, 彭紅霞, 李國偉, 李貴民, 王振河, 田曉磊, 白萬建, 陳浚 申請人:山東昂立天晟光伏科技有限公司;山東電力集團(tuán)公司棗莊供電公司;山東電力集團(tuán)公司菏澤供電公司