一种光伏电站模拟教仪运行系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种光伏电站模拟教仪运行系统。本实用新型专利技术包括环境模拟层、光伏电站模拟层、光伏电站检测层、光伏电站通讯层、光伏电站监控层、光伏电站控制层、环境控制层。本实用新型专利技术系统结构简单，根据用户研究目的进行多样化功能试验。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏电站模拟教仪运行系统
本技术属于太阳能光伏产业领域，具体涉及一种光伏电站模拟教仪运行系统。
技术介绍
太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。因此，与其它新型发电技术(风力发电与生物质能发电等)相比，太阳能光伏发电是一种具可持续发展理想特征(最丰富的资源和最洁净的发电过程)的可再生能源发电技术。传统大型光伏电站建设耗资巨大，且在大型工业现场是真实生产，对相关电能质量有严格的要求，所以即使高校有相关合作，也难以进行科研模拟实验。没有相关实验的支撑，对太阳能电站的研究也就无从谈起。随着近年来教学设施投入的不断加大，一些高校也出现了太阳能光伏电站的大型实验室，有一套比较齐全的太阳能光伏电站的实验平台。不过这些实验室的建立都是在巨额资金投入的基础上，一个实验室下来动辄就要百万、甚至千万级别。而且此类实验室的设计完全模拟大型电站，对一些深层次的研究还是有很大的局限，例如大型成品逆变柜、控制柜的采用，使得电站的运行状态不能以数据的形式直接储存，给后续分析、研究带来很大不便。传统光伏教学仪器结构简单，可完成的相关实验有限，大多作为学生的演示、实训平台，其相关实验也是大多只是设计基础实验，如太阳能发电原理，逆变原理等；由于设计的功能的单一性和涉及实验的基础性，作为科研仪器使用却是远远不足。鉴于上述原因，本技术提出一种光伏电站模拟教仪运行系统。本技术能够实现太阳能真实电站的基本运行，并完成传统太阳能教学仪器的光伏阵列能量变换技术实验、光伏系统DC/DC控制器技术实验、模拟各种复杂环境下电站的运行状态等基本功能实验，还能够完成一些拓展实验，根据用户研究目的来自定义各种控制算法，以提供更高级的太阳能相关研究，如一键切换光伏阵列、现场监控太阳能发电状况，模拟阴影遮挡现象，逆变器控制算法和蓄电池控制算法等。
技术实现思路
本技术目的是针对现有大型光伏电站难以做实验，传统光伏电站教学仪器难以模拟真实电站运行的情况，提供一种光伏电站模拟教仪运行系统。本技术系统包括环境模拟层、光伏电站模拟层、光伏电站检测层、光伏电站通讯层、光伏电站监控层、光伏电站控制层、环境控制层；环境模拟层的一个信号输出端与光伏电站模拟层的一个信号输入端信号连接，另一个信号输出端与光伏电站检测层的一个信号输入端信号连接，光伏电站模拟层的信号输出端与光伏电站检测层的另一个信号输入端信号连接，光伏电站检测层的信号输出端与光伏电站通讯层的一个信号输入端信号连接，光伏电站通讯层的一个信号输出端与光伏电站监控层的信号输入端信号连接，光伏电站监控层的信号输出端与光伏电站通讯层的另一个信号输入端信号连接，光伏电站通讯层的另一个信号输出端与光伏电站控制层的信号输入端信号连接，光伏电站控制层的信号输出端与光伏电站模拟层的另一个信号输入端信号连接，光伏电站通讯层的又一个信号输出端与环境控制层的信号输入端信号连接，环境控制层的信号输出端与环境模拟层的信号输入端信号连接。所述的环境模拟层用于获取整个系统的模拟环境变量，然后将环境变量信息传送至光伏电站模拟层、光伏电站检测层，所述的环境变量包括辐照度、温度、湿度、经纬度、高度角、方位角等，高度角和方位角分别指代太阳能光伏组件在二维空间中与水平面的两个夹角。其中辐照度、温度、湿度、经纬度、高度角、方位角分别可以通过辐照计、温湿度传感器、GPS和角度传感器进行获取，这里的获取方式为现有成熟技术。所述的光伏电站模拟层首先根据环境模拟层传送的环境变量控制光伏电站的运作，同时根据光伏电站控制层传送的电站变量控制信号对光伏电站内部运行进行调整，然后将模拟电站变量传送至光伏电站检测层。所述的光伏电站模拟层内主要设有光伏组串拓扑结构、汇流箱、DC/DC控制器、蓄电池、逆变器、交流负载、直流负载。光伏组串拓扑结构的光生电流经过汇流箱汇总后，流向DC/DC控制器；从DC/DC控制器流出的电流一部分进入蓄电池，给蓄电池充电和给直流负载供电，另一部分多余的电能通过逆变器变成交流电，并入电网或给交流负载供电。所述的输出模拟电站变量也就是电站的主要运行参数，可以包括组件和组串或方阵电流、组件和组串或方阵电压、汇流箱电流、汇流箱电压、DC/DC控制器电流、DC/DC控制器电压、蓄电池电流、蓄电池电压、逆变器电流、逆变器电压、交流负载电流、DC/DC交流负载电压、直流负载电流、直流负载电压等。这里的组件和组串或方阵电流、组件和组串或方阵电压是针对光伏组串拓扑结构。上述的各模拟电站变量的获取均可通过现有成熟技术获取。所述的光伏电站检测层将接收到的模拟环境变量和模拟电站变量转换成相应的数字信号通过光伏电站通讯层，分别传送至环境控制层。光伏电站检测层通过传感器和变送器把模拟环境变量转换为数字信号，具体器件如下：FZD-A1型辐照度传感器、奥松电子AW1485A型温湿度变送器、NEO-6MUBLOX系列GPS模块、DWQY系列角度传感器。光伏电站检测层采用STM32F103VCT6系列单片机和MAX4080系列电流电压检测电路，通过现有成熟技术获取变量。所述的光伏电站通讯层接收到由光伏电站检测层传送的数字信号和由光伏电站监控层传送的人机交互控制信号。该光伏电站通讯层输出的通讯信号分为无线信号和有线信号。所述的光伏电站监控层为液晶屏，该屏可将光伏电站通讯层传送的现场数据信息显示，同时也可将操作员在屏上的人机交互控制信号反馈到光伏电站通讯层，然后分别传送至伏电站控制层、环境控制层。选用800*600的工控屏，配有专门为本模拟仪设计的嵌入式人机界面。所述的光伏电站控制层根据接收到的光伏电站通讯层传送指令信号，将其转换成所需的控制量传送至光伏电站模拟层；光伏电站模拟层根据控制量，进而改变光伏电站的内部运行等。光伏电站控制层输出的控制量包括组件和组串电路的拓扑关系、DC/DC控制器的控制算法、蓄电池充放电控制器的算法、逆变器的控制算法、交流负载的控制、直流负载的控制等。所述的光伏电站控制层采用具体的器件为STM32F103VCT6系列单片机。所述的光环境控制层根据接收到的光伏电站通讯层传送指令信号，将其转换成所需的控制量传送至环境模拟层。环境控制层输出的控制量包括辐照度、温度、湿度、经纬度、高度角、方位角等。所述的光伏电站控制层采用具体的器件为STM32F103VCT6系列单片机。本技术的有益效果是：本技术系统既能够完成现有大型电站的功能，又能够在满足系统结构简单的前提下，相对于传统科研教仪，使得功能更加多样化，能够满足高校等科研单位，作为各种实验的演示、实训平台，如阴影遮挡实验、DC/DC控制器算法和光伏组件拓扑实验等，丰富的实验种类给科研人员和高校带来极大的便利。附图说明图1是本技术控制框图；图2是本技术环境模拟层输入输出图；图3是本技术光伏电站模拟层输入输出图；图4是本技术光伏电站检测层输入输出图；图5是本技术光伏电站通讯层输入输出图；图6是本技术光伏电站监控层输入输出图；图7是本技术光伏电站控制层输入输出图；图8是本技术环境控制层输入输出图；图9是本技术光伏电站本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏电站模拟教仪运行系统，其特征在于包括环境模拟层、光伏电站模拟层、光伏电站检测层、光伏电站通讯层、光伏电站监控层、光伏电站控制层、环境控制层；环境模拟层的一个信号输出端与光伏电站模拟层的一个信号输入端信号连接，另一个信号输出端与光伏电站检测层的一个信号输入端信号连接，光伏电站模拟层的信号输出端与光伏电站检测层的另一个信号输入端信号连接，光伏电站检测层的信号输出端与光伏电站通讯层的一个信号输入端信号连接，光伏电站通讯层的一个信号输出端与光伏电站监控层的信号输入端信号连接，光伏电站监控层的信号输出端与光伏电站通讯层的另一个信号输入端信号连接，光伏电站通讯层的另一个信号输出端与光伏电站控制层的信号输入端信号连接，光伏电站控制层的信号输出端与光伏电站模拟层的另一个信号输入端信号连接，光伏电站通讯层的又一个信号输出端与环境控制层的信号输入端信号连接，环境控制层的信号输出端与环境模拟层的信号输入端信号连接；所述的环境模拟层用于获取整个系统的模拟环境变量，然后将环境变量信息传送至光伏电站模拟层、光伏电站检测层；所述的光伏电站模拟层首先根据环境模拟层传送的环境变量控制光伏电站模拟层的运作，同时也根据光伏电站控制层传送的电站变量控制信号对光伏电站模拟层内部运行进行调整，然后将模拟电站变量传送至光伏电站检测层；所述的光伏电站检测层将接收到的模拟环境变量和模拟电站变量转换成相应的数字信号通过光伏电站通讯层，分别传送至环境控制层；所述的光伏电站监控层为液晶屏，该屏可将光伏电站通讯层传送的现场数据信息显示，同时也将操作员在屏上的人机交互控制信号反馈到光伏电站通讯层，然后分别传送至伏电站控制层、环境控制层；所述的光伏电站控制层根据接收到的光伏电站通讯层传送指令信号，将其转换成所需的控制量传送至光伏电站模拟层；光伏电站模拟层根据控制量，进而改变光伏电站的内部运行；所述的环境控制层根据接收到的光伏电站通讯层传送指令信号，将其 转换成所需的控制量传送至环境模拟层。...

【技术特征摘要】
1.一种光伏电站模拟教仪运行系统，其特征在于包括环境模拟层、光伏电站模拟层、光伏电站检测层、光伏电站通讯层、光伏电站监控层、光伏电站控制层、环境控制层；环境模拟层的一个信号输出端与光伏电站模拟层的一个信号输入端信号连接，另一个信号输出端与光伏电站检测层的一个信号输入端信号连接，光伏电站模拟层的信号输出端与光伏电站检测层的另一个信号输入端信号连接，光伏电站检测层的信号输出端与光伏电站通讯层的一个信号输入端信号连接，光伏电站通讯层的一个信号输出端与光伏电站监控层的信号输入端信号连接，光伏电站监控层的信号输出端与光伏电站通讯层的另一个信号输入端信号连接，光伏电站通讯层的另一个信号输出端与光伏电站控制层的信号输入端信号连接，光伏电站控制层的信号输出端与光伏电站模拟层的另一个信号输入端信号连接，光伏电站通讯层的又一个信号输出端与环境控制层的信号输入端信号连接，环境控制层的信号输出端与环境模拟层的信号输入端信号连接；所述的环境模拟层用于获取整个系统的模拟环境变量，然后将环境变量信息传送至光伏电站模拟层、光伏电站检测层；所述的光伏电站模拟层首先根据环境模拟层传送的环境变量控制光伏电站模拟层的运作，同时也根据光伏电站控制层传送的电站变量控制信号对光伏电站模拟层内部运行进行调整，然后将模拟电站变量传送至光伏电站检测层；所述的光伏电站检测层将接收到的模拟环境变量和模拟电站变量转换成相应的数字信号通过光伏电站通讯层，分别传送至环境控制层；所述的光伏电站监控层为液晶屏，该屏可将光伏电站通讯层传送的现场数据信息显示，同时也将操作员在屏上的人机交互控制信号反馈到光伏电站通讯层，然后分别传送至伏电站控制层、环境控制层；所述的光伏电站控制层根据接收到的光伏电站通讯层传送指令信号，将其转换成所需的控制量传送至光伏电站模拟层；光伏电站模拟层根据控制量，进而改变光伏电站...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光宇，刘建鹏，俞玮捷，蔡中坤，朱凌，
申请(专利权)人：朱凌，
类型：新型
国别省市：浙江,33