便携式光伏电站模拟仪制造技术

本实用新型专利技术公开一种便携式光伏电站模拟仪。该装置包括设置在装置本体表面的仪表显示区域、人机交互区域、功能控制区域，置在装置本体内的数据处理及控制模块、若干光伏信息采集模块、DC/DC控制模块、逆变模块、储能单元、不同负载单元，用于接收当前装置所处位置环境数据的环境数据采集模块，以及与装置本体活动连接的侧翼板，且该侧翼板正面放置有光伏组件阵列。本实用新型专利技术装置将传统光伏电站的全部功能微缩在一个便携箱内，大大降低了成本，同时微型化设计大大方便了科学研究。

Portable photovoltaic power station simulator

The utility model discloses a portable photovoltaic power station simulator. The device includes the settings shown in the device body surface area instrument and human-computer interaction area, function control area, arranged in the device body of data processing and control module, a plurality of photovoltaic information acquisition module, DC/DC control module, inverter module, storage unit, different load unit, used for environmental data acquisition module receives the current device the location of environmental data, and is connected with the device body activity and the flanking flanking plate, plate front placed photovoltaic array. The utility model has the advantages that the whole function of the traditional photovoltaic power station is reduced in a portable box, and the cost is greatly reduced.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于太阳能光伏产业领域，具体涉及一种便携式光伏电站模拟仪。本技术将传统上工业大型的光伏电站按比例微缩成一个小型模拟平台，在实验室即可模拟工业现场电站活动，大大减少了研究太阳能电站运行和监控的实验成本。
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。所以现在急需一种既能较好的模拟真实电站的运行情况，又兼具设备携带轻便、价格低廉的实验设备。鉴于上述原因，我们提出并设计了一种便携式光伏电站模拟仪，本技术即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、并网逆变电源技术实验、太阳能控制器技术实验、模拟复杂环境下电站的运行状态、离网逆变电源技术实验等基本功能实验，还能够完成一些拓展实验，以提供更高级的太阳能相关研究，如现场监控太阳能发电状况，模拟阴影遮挡现象，光斑效应等，并且能够使用无线传输方式把实验相关的数据传送到云端平台，以供后期的数据分析使用；本技术使用良好的人机交互方式来实现相关的实验内容，而且本技术可以在软件端改变光伏组件的组串结构；本技术便携式光伏电站模拟仪，不仅能够室内使用模拟光源，还能够方便的移动到室外24小时工作以全仿真真实发电站的发电情况。而这些设计都将很大的方便相关科研人员使用。将大型光伏电站微缩为一个成本低、可操作性强便携式光伏电站模拟仪，并将相应电站运行参数、环境信息的采集、处理、发送存储等设计加入微型电站，是本技术的一大亮点，同时也是本技术设计的一大挑战。
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，设计了一种便携式光伏电站模拟仪。本技术包括设置在装置本体表面的仪表显示区域、人机交互区域、功能控制区域，置在装置本体内的数据处理及控制模块、若干光伏信息采集模块、DC/DC控制模块、逆变模块、储能单元(即为蓄电池组)、不同负载单元，用于接收当前装置所处位置环境数据的环境数据采集模块，以及与装置本体活动连接的侧翼板，且该侧翼板正面放置有光伏组件阵列；所述的仪表显示区域相当于现有大型光伏电站控制室监控电站的大型仪表显示区，用以显示本技术模拟仪的运行参数，例如直流负载电流、蓄电池电压、逆变电压、逆变电流、逆变功率等。所述的人机交互区域可控制和监控整个本技术模拟仪的运行，其中包括监控每块光伏组件的电流电压、更改电池板的拓扑结构(串并联)及类似于传统大型光伏电站的总的输出电流、电压、功率，负载端的电压、电流、消耗功率，逆变后的各类参数，环境参数等。作为优选，人机交互区域设有一键式模式切换功能，用以切换光伏组件阵列中各光伏组件的串并联组合；这与传统教仪的预留插孔的方式相比，更便捷、更安全。所述的功能控制区域用于设置太阳能电站模拟仪的部分功能的通断，类似于大型光伏电站的总控室的控制台，例如总电源开关，用于开启或关闭整个实验平台；逆变器开关，用于控制太阳能模拟电站的直流逆变和交流输出，比如220V交流电机、220V交流警示灯等；直流负载开关，用于控制太阳能模拟电站的直流输出，以便模拟各种真实场景中的负载，比如12V直流风扇、12V直流LED灯等。所述的光伏组件阵列由多个光伏组件以不同的串并联方式构成，是太阳能模拟的基础组成部分，是光能转化为电能的关键。就太阳能电站而言，光伏组件只要跟踪好太阳光入射角度，就能够很好的保证发电效率。作为优选，本装置翼板上的光伏组件尽量均匀、规则分布，以便于后期涉及到的阴影遮挡等试验，这里每块光伏组件代表一个大型电站的一个很大区域。选用单个的光伏组件电压不应太高，一般以5～10V为益，这样不同的串并联组合的设计才能更好的组合出适合的输出电压，又由于是微型便携式电站，光伏组件应选用小尺寸。所述的环境数据采集模块是利用各不同功能的传感器收集当前环境数据，其中环境数据包括辐照度、温度、湿度、经纬度、高度角、方位等基本参数，此模块相对于整个装置是可拆卸式。该环境数据采集模块可以采用辐照计、温湿度传感器、GPS、角度传感器进行获取。作为优选，根据模拟不同的环境，环境数据采集模块设置在装置本体的内部或者四周。这样的活动设计，一方面做到了携带时对传感器的保护，另一方面也是基于对本装置小型化设计的考虑。所述的光伏信息采集模块是针对每一个光伏组件设计的，用于单独采集所负责的某一光伏组件转换电压、电流、功率等参数。每一个光伏组件由于在生产过程中总会存在不可避免的误差，所以即使是同一产品，也总是存在差异。本技术采用这样的设计可用于针对部分光伏组件异常情况下的故障分析、诊断、优化等。同时各光伏信息采集模块间的通讯，通过总线的方式形式进行。光伏信息采集模块控制器主芯片可以采用STM32F103VCT6，电流采集使用MAX4080芯片，电压采集则使用误差0.1％的精密电阻。设计中MAX4080输出电压和精密电阻分压后的输出电压分别由主控芯片的不同ad输入端口采集。本技术在满足实验的同时，采用一个光伏组件模拟大型光伏电站的一片区域，做到了便携式、小型化的要求。所述的DC/DC控制模块的作用是根据自身反馈的输出信息，采用直流斩波的技术完成输出电压的调节，以达到调控的目的，分别是稳压输出和最大功率输出(MPPT)。稳压输出就是不论输入端如何，尽量保持输出电压稳定在设定值；最大功率输出是根据模块自身反馈的输出功率信息，不断搜索最大功率输出点以保证光伏组件的最大功率输出。本技术便携式光伏电站模拟仪的DC/DC控制模块控制器芯片主控采用STM32F103VCT6，控制电路部分则采用半桥驱动芯片(IR2104)和两片MOSFET(IRF3205)搭建半桥电路。DC/DC控制模块预留有程序烧录接口，可以进行控制程序、算法的二次开发，进一步不断更新算法，就能验证、对比各种算法下的最大功率输出实验。这一设计是普通光伏教学仪器和太阳能光伏电站和实验室所不具备的，大大方便了科本文档来自技高网...

【技术保护点】
便携式光伏电站模拟仪，其特征在于包括设置在装置本体表面的仪表显示区域、人机交互区域、功能控制区域，设置在装置本体内的若干光伏信息采集模块、数据处理及控制模块，用于接收当前装置所处位置环境数据的环境数据采集模块，以及与装置本体活动连接的侧翼板，且该侧翼板正面放置有光伏组件阵列；其中光伏组件阵列由若干光伏组件以不同的拓扑结构形式构成，光伏组件为太阳能电池板；环境数据采集模块将采集到的环境数据传输至数据处理及控制模块；光伏信息采集模块采集各自负责的光伏组件转换电压、电流、功率参数，然后将采集的数据传输至数据处理及控制模块；逆变单元将自身的逆变电压、电流、功率、频率信息传输到数据处理及控制模块；数据处理及控制模块将接收到数据信息处理分析后，传送至仪表显示区域、人机交互界面处，同时传输至云服务；人机交互区域用以控制和监控装置的运行，其中包括监控每块太阳能电池板的电流电压、更改电池板的拓扑结构及电站的输出电流、电压、功率。

【技术特征摘要】
1.便携式光伏电站模拟仪，其特征在于包括设置在装置本体表面的仪表显示区域、人机交互区域、功能控制区域，设置在装置本体内的若干光伏信息采集模块、数据处理及控制模块，用于接收当前装置所处位置环境数据的环境数据采集模块，以及与装置本体活动连接的侧翼板，且该侧翼板正面放置有光伏组件阵列；其中光伏组件阵列由若干光伏组件以不同的拓扑结构形式构成，光伏组件为太阳能电池板；环境数据采集模块将采集到的环境数据传输至数据处理及控制模块；光伏信息采集模块采集各自负责的光伏组件转换电压、电流、功率参数，然后将采集的数据传输至数据处理及控制模块；逆变单元将自身的逆变电压、电流、功率、频率信息传输到数据处理及控制模块；数据处理及控制模块将接收到数据信息处理分析后，传送至仪表显示区域、人机交互界面处，同时传输至云服务；人机交互区域用以控制和监控装置的运行，其中包括监控每块太阳能电池板的电流电压、更改电池板的拓扑结构及电站的输出电流、电压、功率。2.如权利要求1所述的便携式光伏电站模拟仪，其特征在于所述的太阳能电池板的拓扑结构由人机交互界面中一键式模式切换功能进行控制各太阳能电池板的串并联组合。3.如权利要求1所述的便携式光伏电站模拟仪，其特征在于环境数据采集模块与装置可拆卸连接。4.如权利要求1所述的便携式光伏电站模拟仪，其特征在于根据模拟环境的不同，环境数据采集模块可设置在装置本体的内部或光伏组件四周。5.如权利要求1所述的便携式光伏电站模拟仪，其特征在于侧翼板通过万向节连接器...

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