一种可并机光伏市电混合供电装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于光伏发电技术领域，具体为一种可并机光伏市电混合供电装置。本发明专利技术装置采用太阳能光伏阵列发电，经过锂电池组缓冲后通过隔离直流48V转为311V幅值100Hz脉动波与50Hz交流220V转为311V幅值100Hz脉动波混合汇流供电，最后通过倒相电路将光伏电能与电网混合后的311V幅值脉动波转换成50Hz正弦波；通过单片机精确追踪电网和光伏输出的脉动波相位和幅值，用于光伏发电与电网混合调度使用；本发明专利技术混合效率高、调度方便，解决了目前并网光伏发电和离网光伏发电不能混合调度等问题，同时可无缝切换于纯离网、纯电网、太阳能和电网电能混合供电模式，并可根据实际需求配置为单相交流并机和三相交流并机模式或工作于单机模式。

【技术实现步骤摘要】
一种可并机光伏市电混合供电装置
本专利技术属于光伏发电
，具体涉及一种可并机光伏市电混合供电装置。
技术介绍
目前光伏发电已经大规模商用，并且已经产生不错的经济效益。但是，目前光伏发电技术主流采用并网式发电，即将光伏发的电并入电网。存在以下几个不足：1、并入电网需要申请批准手续，比较麻烦，有些地区因为变压器负荷问题甚至不允许并网；2、电网调度能力有限，不方便大规模光伏发电并入电网；3、对于家用单相并网逆变存在并网功率过大容易引起三相不平衡，制约了单相并网发电功率；4、不方便用于孤岛离网供电或电网故障停电时使用。市场上还存在另外一种光伏供电架构，采用切换式带储能电池的离网光伏逆变器，正常使用时光伏给电池充电同时使用光伏逆变产生交流电能，当电池或光伏能量不足时切换到电网供电。同样存在以下几点不足：1、单机功率一般都较小，不能满足6kVA以上大功率使用；2、不能同时使用太阳能和电网能量，如果用电负荷过重，会导致全部负荷切换到电网供电，这会导致太阳能闲置浪费，从而不能最大限度发挥太阳能的节能效益；3、在负荷切换过程中如果切换时间过长易导致家用设备断电关机；4、使用离网逆变器，由于在逆变供电时完全依赖电池组供电，需要配备的电池组和逆变器额定电流和容量往往都比较大，体积笨重价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可并机光伏市电混合供电装置，以克服上述不足。本专利技术提供的可并机光伏市电混合供电装置，其结构参见图1所示；包括：太阳能光伏发电组件阵列1，光伏充放电BMS一体式控制器2，48V锂电池组3，隔离直流转脉动波电路4，脉动波转正弦波倒相电路5，防倒流电网正弦波转脉动波电路6，单片机控制调度电路7，AC220V交流电网输入端8，RS485通信接口9，AC220V交流输出负载端12；其中：太阳能光伏发电组件阵列1连接到光伏充放电BMS一体式控制器2，通过48V锂电池组3作为能量缓冲区，将不稳定的光伏能量缓冲为稳定的直流电，并输入到隔离直流转脉动波电路4，将直流电转换成隔离的脉动电波，并连接到脉动波转正弦波倒相电路5；同时另一路AC220V交流电网输入端8连接到防倒流电网正弦波转脉动波电路6，将AC220V交流电网输入端8的电网正弦波转换成脉动波，输入到脉动波转正弦波倒相电路5，最后将太阳能电能和电网电能通过单片机控制调度电路7根据实际需求调度输出到AC220V交流输出负载端12，从而实现太阳能光伏发电组件阵列1的太阳能与220V电网输入端8的电网能源的混合调度供应。进一步地：所述太阳能光伏发电组件阵列1，用于将太阳光能转换成电能；具体包括若干块标准370W高效单晶硅或多晶硅光伏组件组成，通过组合串并联组成多串多并（即多行多列），构成一个大的光伏阵列。光伏组件的数量和功率，根据实际使用需要确定；比如，光伏组件为12块标准370W的，可组成2串6并；最大功率点工作电压为60V，最大输出功率为4.4KW。又如，光伏组件为8块标准370W的，可组成2串4并，输出功率约为2.96KW。所述48V锂电池组3，用于缓冲因光照波动导致太阳能的能量不稳定性；48V锂电池组一般采用14串3.6V或16串3.2V锂电池，通过串并联组成。在锂电池组上集成有单串电压温度检测电路，用于检测单串锂电池的温度和电压，并通过无线通信传输温度和电压数据。所述光伏充放电BMS一体式控制器2，是一种集成单串锂电池无线电压和温度采样的光伏充放电保护控制器，用于无线采集锂电池组中由单串电压温度检测电路检测到单串电池的电压和温度，并控制48V锂电池组3的过充、过放、过流和温度保护。由于系统中有48V锂电池组3，必须对锂电池单串过充过放保护护，以及高低温保护，避免电池工作异常导致的安全事故问题。所述隔离直流转脉动波电路4，用于隔离高压和低压电气，单片机控制调度电路7通过高频开关和变压器将48V直流电变换成幅值311V100Hz单极性脉动波电能。隔离直流转脉动波电路4具体采用基于氮化镓开关器件与碳化硅整流器件组成的两相交错式隔离反激变换器，通过单片机软件算法将48V直流电通过高频开关和变压器变换成100Hz单极性脉动波。所述脉动波转正弦波倒相电路5，用于单极脉动波倒相，即将隔离直流转脉动波电路4得到的100Hz单极脉动波通过倒相电路变换成50Hz正弦波；倒相电路具体是由4个MOS管组成的H桥，通过控制H桥的开关时序来实现将100Hz脉动电波倒相成50Hz正弦波。所述防倒流电网正弦波转脉动波电路6，用于将AC220V交流电网输入端8的交流电网50Hz正弦波转换成100Hz单极性脉动波，汇流到脉动波母线上，同时可以防止脉动波母线上的电压倒灌到电网。该防倒流电网正弦波转脉动波电路6具体是6个600V/30A大电流整流桥堆，将50Hz正弦波整流成100Hz脉动波。同时整流桥堆具有单向导电性，可防止太阳能逆变所产生的脉动电波倒灌到电网中，从而实现能量单向传输性。所述单片机控制调度电路7，是通过单片机和内部运行软件，协调控制隔离直流转脉动波电路4、脉动波转正弦波倒相电路5、防倒流电网正弦波转脉动波电路6的能量调度，同时控制RS485通信接口输出电路工作参数9。单片机内置智能软件算法，能自动根据用电负荷来追踪电网电压的工作频率相位幅值等参数，从而控制太阳能逆变电路的输出脉动波与电网所产生的脉动波同频同相，通过调整太阳能逆变输出脉动波幅值来实现太阳能和电网能量的调度。所述AC220V交流电网输入端8，用于当装置工作在光伏与电网混合供电时，接入到220V交流电网端；当装置工作于离网模式时可空置不使用。所述RS485通信接口9，用于输出电路工作数据；多机工作时，可调度多套系统并机扩展使用；单机工作时，可空置不使用。所述AC220V交流输出负载端口12，用于连接到负载端，所有的交流负载都可以并接到这个端口。本专利技术中，所述的脉动波10为100Hz脉动波波形，幅值电压220V*1.414=311V，文中所有涉及到脉动波都是基于此波形作为参考描述。本专利技术中，所述的正弦波11为50Hz交流正弦波，文中所有涉及到的50Hz交流正弦波都是基于此波形作为参考描述。本专利技术装置解决了以下几种问题：（1）创新的加入了防倒流电网正弦波转脉动波电路6；整个系统不会将能量送入电网，所以产品等效于离网应用，无需申请并网手续，解决了电网调度能力有限导致并网难的问题；（2）创新的加入了隔离直流转脉动波电路4，将48V直流电转幅值311V100Hz脉动波，通过追踪母线脉动波的相角和幅值来实现太阳能和电网能量的混合使用及调度；实现了同时使用太阳能和电网能量，解决了离网切换逆变供电不能混合供电的问题；（3）本装置中加入48V锂电池组3，当太阳能光照波动时仍然能保证太阳能供电能量稳定可靠，同时因为电池组在系统中仅作为能源缓冲使用，所以可选配较小的锂电池组，减小重量和体积降低成本；（4）加入单片机控制调度电路7和RS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种可并机光伏市电混合供电装置，其特征在于，包括：太阳能光伏发电组件阵列（1），光伏充放电BMS一体式控制器（2），48V锂电池组（3），隔离直流转脉动波电路（4），脉动波转正弦波倒相电路（5），防倒流电网正弦波转脉动波电路（6），单片机控制调度电路（7），AC220V 交流电网输入端（8），RS485通信接口（9），AC220V交流输出负载端（12）；其中：/n太阳能光伏发电组件阵列（1）连接到光伏充放电BMS一体式控制器（2），通过48V锂电池组（3）作为能量缓冲区，将不稳定的光伏能量缓冲为稳定的直流电，并输入到隔离直流转脉动波电路（4），将直流电转换成隔离的脉动电波，并连接到脉动波转正弦波倒相电路（5）；同时另一路AC220V 交流电网输入端（8）连接到防倒流电网正弦波转脉动波电路（6），将AC220V 交流电网输入端（8）的电网正弦波转换成脉动波，输入到脉动波转正弦波倒相电路（5），最后将太阳能电能和电网电能通过单片机控制调度电路（7）根据实际需求调度输出到AC220V交流输出负载端（12），从而实现太阳能光伏发电组件阵列（1）的太阳能与220V电网输入端（8）的电网能源的混合调度供应。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可并机光伏市电混合供电装置，其特征在于，包括：太阳能光伏发电组件阵列（1），光伏充放电BMS一体式控制器（2），48V锂电池组（3），隔离直流转脉动波电路（4），脉动波转正弦波倒相电路（5），防倒流电网正弦波转脉动波电路（6），单片机控制调度电路（7），AC220V交流电网输入端（8），RS485通信接口（9），AC220V交流输出负载端（12）；其中：
太阳能光伏发电组件阵列（1）连接到光伏充放电BMS一体式控制器（2），通过48V锂电池组（3）作为能量缓冲区，将不稳定的光伏能量缓冲为稳定的直流电，并输入到隔离直流转脉动波电路（4），将直流电转换成隔离的脉动电波，并连接到脉动波转正弦波倒相电路（5）；同时另一路AC220V交流电网输入端（8）连接到防倒流电网正弦波转脉动波电路（6），将AC220V交流电网输入端（8）的电网正弦波转换成脉动波，输入到脉动波转正弦波倒相电路（5），最后将太阳能电能和电网电能通过单片机控制调度电路（7）根据实际需求调度输出到AC220V交流输出负载端（12），从而实现太阳能光伏发电组件阵列（1）的太阳能与220V电网输入端（8）的电网能源的混合调度供应。


2.根据权利要求1所述的可并机光伏市电混合供电装置，其特征在于，所述的太阳能光伏发电组件阵列（1），用于将太阳光能转换成电能；具体包括若干块标准370W高效单晶硅或多晶硅光伏组件组成，通过组合串并联组成多串多并即多行多列，构成一个大的光伏阵列；光伏组件的数量和功率，根据实际使用需要确定。


3.根据权利要求2所述的可并机光伏市电混合供电装置，其特征在于，所述的48V锂电池组（3），用于缓冲因光照波动导致太阳能的能量不稳定性；48V锂电池组采用14串3.6V或16串3.2V锂电池，通过串并联组成；在锂电池组上集成有单串电压温度检测电路，用于检测单串锂电池的温度和电压，并通过无线通信传输温度和电压数据。


4.根据权利要求3所述的可并机光伏市电混合供电装置，其特征在于：
所述的光伏充放电BMS一体式控制器（2），是一种集成单串锂电池无线电压和温度采样的光伏充放电保护控制器，用于无线采集锂电池组中由单串电压温度检测电路检测到单串电池的电压和温度，并控制48V锂电池组（3）的过充、过放、过流和温度保护；
所述的隔离直流转脉动波电路（4），用于隔离高压和低压电气，同时单片机控制调度电路（7），通过高频开关和变压器将48V直流电变换成幅值311V100Hz单极性脉动波电能；具体采用基于氮化镓开关器件与碳化硅整流器件组成的两相交错式隔离反激变换器，通过单片机软件算法将48V直流电通过高频开关和变压器变换成100Hz单极性脉动波。


5.根据权利要求4所述的可并机光伏市电混合供电装置，其特征在于：
所述的脉动波转正弦波倒相电路（5），用于单极脉动波倒相，即将隔离直流转脉动波电路（4）得到的100Hz单极脉动波通过倒相电路变换成50Hz正弦波；倒相电路具体是由4个MOS管组成的H桥，通过控制H桥的开关时序来实现将100Hz脉动电波倒相成50Hz正弦波；
所述的防倒流电网正弦波转脉动波电路（6），用于将AC220V交流电网输入端（8）的交流电网50Hz正弦波转换成100Hz单极性脉动波，汇流到脉动波母线上，同时防止脉动波母线上的电压倒灌到电网；该防倒流电网正弦波转脉动波电路（6）具体是6个...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘希民，封胜文，
申请(专利权)人：上海在冉电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31