一種利用太陽能光伏系統供電的城市照明和應急系統的製作方法

2023-10-08 01:10:19 1

專利名稱：一種利用太陽能光伏系統供電的城市照明和應急系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用太陽能光伏供電的照明和應急系統。
背景技術：
以化石能源為主的能源體系是不可持續的，化石能源資源已開始枯竭，並且大規模利用已造成嚴重的環境問題。隨著我國城鎮化和工業化進程的加快，電力消費和需求也會快速增加，必須加快可再生能源在城市的規模化發展和本地消納。太陽能光伏路燈已在多個城市的照明系統中得以應用。但是，目前應用的太陽能路燈均為獨立的供電系統，即每盞路燈均配備太陽能光伏電池組件和儲能用蓄電池。為了保證光伏路燈在連續陰雨天也能提供照明，太陽能光伏電池組件和蓄電池都設計了 2-3倍的冗餘量，從而增加了成本；並且，當蓄電池滿充後，光伏組件發出的電力就不再充電，造成了設備利用率低和可再生能源電力的浪費；此外，存儲於蓄電池中的多餘電力也無其他用途，僅用於提高夜間照明。本發明是一種集中發電、集中儲能、統一配電的城市照明和應急系統，即將分散的光伏組件集中在一起構成小型光伏電站，通過控制調度中心的智能化管理將電能存儲於集中的蓄電池組中，夜間為城市提供照明用電。同時，該系統還可實現與大電網的雙向調節功能，即當太陽能光伏電力為蓄電池組充電至飽和滿充時，其餘的光伏電力可以進行併網輸出，這樣不僅提高了光伏發電的利用率，而且集中式的充放電管理能夠大大增加蓄電池組的使用壽命；當太陽能光伏系統和儲能蓄電池無法提供電能時，可從電網取電。其次，集中管理的蓄電池組還能夠作為可靠的應急電源，在特殊時期保障線路沿線重要負載的應急電力需求。專利CN 201496869U提出了一種光伏和市電互補的路燈，由太陽能電池組件、光伏市電控制器、儲能蓄電池和照明燈具構成。專利CN 201(^8361Y提出一種高效非逆變的太陽能光伏供電的路燈系統，由市電供電體系、太陽能光伏電池板、蓄電池和路燈構成。專利CN 201518421U提出了一種太陽能光伏供電系統，由太陽能光伏陣列產生的電力經過蓄電池管理系統與蓄電池組相連接，通過微網控制器和併網控制裝置後接入市電網，構成光伏發電系統獨立運行供電與併網發電的微型電網系統，為負載提供電能。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種既能獨立供電，又能併網輸出，光伏供電系統和大電網互補的城市照明系統，在滿足城市照明用電需求的同時，還可滿足城市應急體系的用電需求。所述利用太陽能光伏系統供電的城市照明和應急系統，由太陽能光伏電池陣列、 城市照明系統、控制調度中心、蓄電池組、應急負載和後備電源組成，控制調度中心可實現多種功能，具有光伏配電、交直流控制、併網控制、蓄電池管理、路燈控制、應急系統控制、計
量管理等功能。
太陽能光伏電池陣列由電纜連接到控制調度中心的光伏配電系統，一路經過交直流控制系統和蓄電池管理系統連接；一路經過併網控制系統和計量系統與大電網相連接。 蓄電池組與蓄電池管理系統相連接，實現電能的充放電控制和電池狀態監測的功能。城市照明系統和照明控制系統相連接，當蓄電池組能提供電能時，照明控制系統與蓄電池管理系統連接；當蓄電池組無法提供電能時，照明控制系統通過交直流控制系統從大電網取得電能。應急負載和後備電源與應急控制系統相連接，當蓄電池組能為應急負載提供電能時， 應急控制系統通過蓄電池管理系統取得電能；當蓄電池組無法提供電能時，後備電源啟動通過應急控制系統為應急負載供電。白天，太陽能光伏電池陣列產生的綠色電力由電纜連接到控制調度中心的光伏配電系統，經過交直流控制系統和蓄電池管理系統與蓄電池組連接，為蓄電池充電；當太陽能光伏電池陣列發電有富餘時，通過交直流控制系統和併網控制系統，將直流電轉化為電壓、 頻率轉換成符合要求的交流電，經由計量系統送入大電網。夜晚，蓄電池組釋放電能為城市照明系統供電；當連續遭遇多日陰雨或其他特殊情況，蓄電池所儲電力不足以提供夜間照明時，大電網可通過計量系統、併網控制系統和交直流轉換系統，為蓄電池組和城市照明系統供電，實現負載的不間斷供電。當遭遇特殊情況如需要啟動應急供電系統時，大電網已不能提供電能，太陽能光伏電池陣列可在白天向應急負載和蓄電池組供電；夜晚，蓄電池組可通過蓄電池管理系統和應急控制系統向重要的應急負載提供電能；本發明中還設計有後備電源，可在太陽能光伏供電系統和蓄電池組無法提供電能的時候滿足應急負載的用電需求。與傳統太陽能路燈相比，本發明可實現綠色電力在城市照明系統中的最大化應用，不僅節約了化石能源的消耗，保護了環境，同時提高了光伏發電系統的利用效率，併兼具應急保障功能。與現有技術比較，本發明利用太陽能光伏供電的城市照明和應急系統將照明系統和應急系統與可再生能源有效的結合起來，可實現綠色電力的最大化和經濟化應用。並且，本發明將分散的光伏組件集中在一起構成小型光伏電站，實現光伏組件的集中化管理。再次，控制調度中心的智能化管理可具備太陽能光伏發電系統管理、併網控制、蓄電池管理、路燈和應急系統管理、孤島運行和管理等多種功能。


圖1是本發明的結構示意圖；圖中1太陽能光伏電池陣列，2蓄電池組，3城市照明系統，4應急負載，5後備電源，6控制調度中心，7大電網，8光伏配電系統，9交直流控制系統，10蓄電池管理系統，11 照明控制系統，12應急控制系統，13併網控制系統，14計量系統。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進一步說明如圖1所示，太陽能光伏電池陣列1產生的電力由電纜連接到控制調度中心6的光伏配電系統8，一路經過交直流控制系統9和蓄電池管理系統10與蓄電池組2相連接，為蓄電池組2進行充電，蓄電池管理系統10具有控制過充過放和電池狀態監測的功能。當蓄電池組2達到滿充狀態時，光伏電池陣列1產生的電力將經由光伏配電系統8、交直流控制系統9、併網控制系統13和計量系統14，將直流電轉化為電壓、頻率轉換成符合併網要求的綠色電力送至大電網7。另一路經併網控制系統13和計量系統14與大電網7連接；照明控制系統11與蓄電池管理系統10和交直流控制系統9連接為城市照明系統3供電；後備電源5和蓄電池管理系統10與應急控制系統12連接，為應急負載4提供電能。由於太陽能光伏電池陣列1的特性，無光照時不能產生電能。而城市照明系統則需要在晚間提供照明，則蓄電池組2釋放電能為城市照明系統3供電；當蓄電池組2所儲電力不足以提供城市照明系統3的夜間照明時，大電網7可通過計量系統14、併網控制系統 13和交直流轉換系統9，為城市照明系統3和蓄電池組2供電。當遭遇特殊情況需要啟動應急供電系統時，太陽能光伏電池陣列1和蓄電池組2 可通過蓄電池管理系統10和應急控制系統12向重要的應急負載4提供電能。當太陽能光伏電池陣列1和蓄電池組2無法為應急負載4提供電能時，後備電源5可經由應急控制系統12為應急負載4提供電能。
權利要求
1.一種利用太陽能光伏系統供電的城市照明和應急系統，其特徵是，由太陽能光伏電池陣列(1)、城市照明系統(3)、控制調度中心(6)、蓄電池組O)、應急負載(4)和後備電源(5)組成；控制調度中心(6)由光伏配電系統(8)、交直流控制系統(9)、併網控制系統 (13)、蓄電池管理系統(10)、照明控制系統(11)、應急控制系統(12)和計量系統(14)組成；太陽能光伏電池陣列⑴由電纜連接到控制調度中心(6)內的光伏配電系統(8)，一路經交直流控制系統(9)和蓄電池管理系統(10)連接，為蓄電池組(2)充電；另一路經併網控制系統(13)和計量系統(14)與大電網(7)連接；照明控制系統(11)與蓄電池管理系統 (10)和交直流控制系統(9)連接為城市照明系統(3)供電；後備電源(5)和蓄電池管理系統(10)與應急控制系統(12)連接為應急負載(4)提供電能。
2.根據權利要求1所述的利用太陽能光伏系統供電的城市照明和應急系統，其特徵是，優先利用太陽能光伏電池陣列(1)產生的綠色電力，為城市照明系統C3)和蓄電池組 ⑵充電，同時富餘電力通過交直流控制系統(9)、併網控制系統(13)和計量系統(14)送入大電網(7)；當蓄電池組(2)所儲電力不能滿足城市照明系統(3)的要求時，大電網(7) 可通過計量系統(14)、併網控制系統(13)和交直流轉換系統(9)為城市照明系統(3)和蓄電池組O)實現不間斷供電。
全文摘要
一種利用太陽能光伏系統供電的城市照明和應急系統，由太陽能光伏電池陣列(1)、城市照明系統(3)、控制調度中心(6)、蓄電池組(2)、應急負載(4)和後備電源(5)組成。控制調度中心具備光伏發電系統配電管理、交直流控制、併網控制、蓄電池管理、照明控制、應急系統控制和計量等多種功能。這種光伏供電系統和大電網互補的城市照明系統，其中的光伏發電系統既能為城市照明系統獨立供電、又可實現併網輸出，提高了光伏發電系統的利用率；城市照明系統可從光伏發電系統和大電網取電；集中式的充放電管理可增加蓄電池的使用壽命。同時，太陽能光伏系統、蓄電池組和後備電源還能夠在特殊時期作為城市重要負載的應急供電系統。
文檔編號F21S9/03GK102313237SQ201110235329
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月16日 優先權日2011年8月16日
發明者劉鑫, 尚永紅, 馬勝紅 申請人:中國科學院電工研究所