大型太陽能發電系統電能傳輸和併網系統的製作方法

2023-07-31 16:19:26

專利名稱：大型太陽能發電系統電能傳輸和併網系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大型太陽能發電系統電能傳輸和併網系統。隨著能源緊缺和太陽能技術的日益發展，太陽能將成為主要能源之一。大型太陽能發電 廠將逐步建立，所有建築物的表面將安裝太陽能電池板，並在併網後接入國家電力系統。然 而,大型甚至巨型太陽能發電系統還是新生事物，其電能傳輸和併網還沒有成熟的方法，本 發明提出一種太陽能電能傳輸和併網系統。 發明內容本發明的目的就是為了解決目前在太陽能發電技術中缺乏傳輸和併網方法，造成太陽能 應用受到限制等問題，提供一種具有方法簡單，能有效滿足太陽能發電需要等優點的大型太 陽能發電系統電能傳輸和併網系統。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種大型太陽能發電系統電能傳輸和併網系統，它若干個太陽能電池板，每個太陽能電 池板通過各自的智能電壓轉換模塊與電能傳輸總線並聯；電能傳輸總線與智能切換和逆變電源連接，智能切換和逆變電源與蓄電池組連接，同時其輸出端與匹配系統連接，匹配系統與智能切換和逆變電源構成反饋系統；匹配系統輸出端與切換系統系統連接，切換系統則分別 與國家電網併網和/或與自用電系統連接。所述智能電壓轉換模塊結構為它由控制模塊MCU、 PWM電壓變換模塊、升壓型DC-DC 模塊、輸入電壓調理和A/D轉換電路、輸入電流調理和A/D轉換電路、輸出電壓調理和A/D 轉換電路、輸出電流調理和A/D轉換電路、輸出隔離模塊組成；控制模塊MCU分別與、輸入 電壓調理和A/D轉換電路、輸入電流調理和A/D轉換電路、輸出電壓調理和A/D轉換電路、 輸出電流調理和A/D轉換電路連接，採集A/D的值；控制模塊MCU的輸出端與PWM電壓變 換模塊連接，PWM電壓變換模塊則與升壓型DC-DC模塊連接；升壓型DC-DC模塊輸入端通 過兩導線與太陽能電池板連接，輸出端通過兩導線與隔離模塊連接，隔離模塊輸出端與輸電 總線連接在升壓型DC-DC模塊與太陽能電池板的一根導線上設有輸入電流取樣電阻，輸入 電流取樣電阻兩端與輸入電流調理和A/D轉換電路連接；同時在升壓型DC-DC模塊與太陽能 電池板間的兩導線還與輸入電壓調理和A/D轉換電路連接；升壓型DC-DC模塊與隔離模塊間 的一根導線上設有輸出電流取樣電阻，其兩端與輸出電流調理和A/D轉換電路連接；同時升 壓型DC-DC模塊與隔離模塊間的兩導線還與輸出電壓調理和A/D轉換電路連接；控制模塊 MCU採集四路A/D轉換電路的值，根據輸出電壓值，先控制PWM電壓變換模塊調整升壓型 DC-DC模塊，使輸出電壓為33-36V之間，再掃描微調輸出電壓，找到輸入電流和輸入電壓即 太陽能電池板輸出的最大積，並進行動態跟蹤，使太陽能電池板輸出最大功率；在太陽能電 池板輸出功率最大，但不能對外輸出電能時，不保證足夠的輸出電壓；而當匹配太陽能電池 板輸出功率，需要輸出高過36V輸出電壓時，即使偏離最大功率點，也不高過36V。 所述電能傳輸總線為兩線制總線方式傳輸，總線上採用直流36V電壓。 智能切換和逆變電源由SPWM逆變電源和大功率IGBT模塊組成的智能切換電路構成。 本發明的基本方法是在每個單元太陽能電池板上配置一個智能電壓轉換模塊，使其輸 出效率最高的、並能多塊太陽能電池板互相併接的直流36V安全電壓，用總線方式將所有單 元太陽能電池板連接起來，集中以單點或多點轉換成與目前性能一致的單相或三相交流電， 並採用傳統的電力併網方式接入國家電網，若是家庭太陽能發電系統也可不併入國家電力網， 直接接入原供電線路使用。其中，智能電壓轉換模塊，它必須具備以下功能和特點 一是高效率轉換，使轉換損耗 最小；二是無論太陽光的強弱，模塊均能自動輸出該陽光下的最大功率；三是具有保護功能，在輸出短路、對地漏電等情況下停止對外供電；模塊對外單向隔離，不會在損壞的情況下消 耗總線上的電能；四是轉換成36V直流電壓， 一方面保證安全，另一方面在不對人身構成危 險的情況傳輸損耗最小；五是無論多少智能電壓轉換模塊，均可直接並接。總線方式輸電，有以下好處 一是使每個單元太陽能電池板成為獨立單元,.使供電線路 布線有序，便於建設、維修、管理；二是節省輸電線材，降低成本，集中單點或多點轉換成單相或三相交流電，是指根據逆變器的功率和太陽能電池板的數 量，選擇單點或多點轉換，對規模較小的太陽能發電系統採用單點轉換；對規模很大，在一 個逆變器功率不夠時採用多點轉換。關於併網，由於通過單點或多點轉換成標準的三相交流電，併網可沿用現在發電廠併網 的方式進行，或研宄更先進的併網方式。關於電能存儲，以直流240V方式存儲。本發明的有益效果是結構簡單，使用方便，可滿足目前太陽能發電供電的要求。


圖1為本發明系統的結構示意圖；圖2為智能電壓轉換模塊結構示意圖。其中，l.太陽能電池板，2.智能電壓轉換模塊，3.逆變電源和智能切換電路，4.蓄電 池組，5.匹配系統，6.切換系統，7.升壓型DC-DC模塊，8.輸出隔離模塊，9.輸入電流調理 和A/D轉換電路，10.輸入電壓調理和A/D轉換電路，11. PWM電壓變換模塊，12.輸出電 流調理和A/D轉換電路，13.輸出電壓調理和A/D轉換電路，14.輸入電流取樣電阻，15.輸 出電流取樣電阻，16.控制模塊MCU。
具體實施方式
下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明。圖1中，大型太陽能發電系統電能傳輸和併網系統，它若干個太陽能電池板1，每個太 陽能電池板1通過各自的智能電壓轉換模塊2與電能傳輸總線並聯；電能傳輸總線與逆變電 源和智能切換電路3連接，逆變電源和智能切換電路3與蓄電池組4連接，同時其輸出端與 匹配系統5連接，匹配系統5與逆變電源和智能切換電路3構成反餓系統；匹配系統5輸出 端與切換系統系統6連接，切換系統6則分別與國家電網併網和/或與自用電系統連接。智能電壓轉換模塊2結構為它由控制模塊MCU 16、PWM電壓變換模塊11、升壓型DC-DC 模塊7、輸入電壓調理和A/D轉換電路10、輸入電流調理和A/D轉換電路9、輸出電壓調理 和A/D轉換電路13、輸出電流調理和A/D轉換電路12、輸出隔離模塊8組成;控制模塊MCU16 分別與輸入電壓調理和A/D轉換電路10、輸入電流調理和A/D轉換電路9、輸出電壓調理和 A/D轉換電路13、輸出電流調理和A/D轉換電路連接12,採集A/D的值；控制瘼塊MCU16 的輸出端與PWM電壓變換模塊11連接，PWM電壓變換模塊11則與升壓型DC-DC模塊7連 接；升壓型DC-DC模塊7輸入端通過兩導線與太陽能電池板1連接，輸出端通過兩導線與輸 出隔離模塊8連接，輸出隔離模塊8輸出端與輸電總線連接；在升壓型DC-DC模塊7與太陽 能電池板1的一根導線上設有輸入電流取樣電阻14,輸入電流取樣電阻14兩端與輸入電流 調理和A/D轉換電路9連接；同時在升壓型DC-DC模塊7與太陽能電池板1間的兩導線還與 輸入電壓調理和A/D轉換電路10連接；升壓型DC-DC模塊7與輸出隔離模塊8間的一根導 線上設有輸出電流取樣電阻15,其兩端與輸出電流調理和A/D轉換電路12連接；同時升壓 型DC-DC模塊7與輸出隔離模塊8間的兩導線還與輸出電壓調理和A/D轉換電路13連接。 電能傳輸總線為兩線制總線方式傳輸，總線上採用直流36V電壓。智能電壓轉換模塊工作過程如下:MCU採集四路A/D的值，根據輸出電壓值,先控制PWM 調整DC-DC電路，使輸出電壓為33-36V之間，再掃描微調輸出電壓，找到輸入電流和輸入電 壓(太陽能電池板輸出)的最大積，並進行動態跟蹤，使太陽能電池板輸出最大功率。在太 陽能電池板輸出功率最大，但不能對外輸出電能時，不保證足夠的輸出電壓;而當匹配太陽能電池板輸出功率，需要輸出高過36V輸出電壓時，即使偏離最大功率點，也不高過36V。框 圖中，MCU為中央處理單元；PWM是目前功耗最低的電壓變換方式；輸出電流的採集用於 過流保護，即在輸出電流過大(如有短路和漏電)對，MCU控制PWM調整DC-DC降低甚至 關斷輸出電壓隔離模塊保證對總線單向供電，在本模塊損壞時，不會損耗總線上電能，為 降低損耗,採用低阻場效應管和肖特基二極體等。上述綜合措施的採用，能使多塊太陽能電 池板並接，從而實現總線輸電。集中單點或多點轉換成單相或三相交流電，是指根據逆變器的功率和太陽能電池板的數 量，選擇單點或多點轉換，對規模較小的太陽能發電系統採用單點轉換;對規模很大，在一 個逆變器功率不夠時採用多點轉換。關於逆變電源和智能切換電路，逆變電源採用SPWM方式，智能切換電路採用大功率 IGBT等模塊。關於併網，由於通過單點或多點轉換成標準的三相交流電，併網可沿用現在發電廠併網 的方式進行，或研宄更先進的併網方式。 關於電能存儲，以直流240V方式存儲。 本發明中其餘未詳述內容均為公知技術不再贅述。
權利要求
1. 一種大型太陽能發電系統電能傳輸和併網系統，其特徵是它若干個太陽能電池板，每個太陽能電池板通過各自的智能電壓轉換模塊與電能傳輸總線並聯；電能傳輸總線與逆變電源和智能切換電路連接，逆變電源和智能切換電路與蓄電池組連接，同時其輸出端與匹配系統連接，匹配系統與逆變電源和智能切換電路構成反饋系統；匹配系統輸出端與切換系統連接，切換系統則分別與國家電網併網和/或與自用電系統連接。
2、 根據權利要求1所述的大型太陽能發電系統電能傳輸和併網系統，其特徵是所述 智能電壓轉換模塊結構為它由控制模塊MCU、 PWM電壓變換模塊、升壓型DC-DC模塊、輸 入電壓調理和A/D轉換電路、輸入電流調理和A/D轉換電路、輸出電壓調理和A/D轉換電路、 輸出電流調理和A/D轉換電路、輸出隔離模塊組成；控制模塊MCU分別與輸入電壓調理和 A/D轉換電路、輸入電流調理和A/D轉換電路、輸出電壓調理和A/D轉換電路、輸出電流調 理和A/D轉換電路連接，採集A/D的值;控制模塊MCU的輸出端與PWM電壓變換模塊連接, PWM電壓變換模塊則與升壓型DC-DC模塊連接；升壓型DC-DC模塊輸入端通過兩導線與太 陽能電池板連接，輸出端通過兩導線與隔離模塊連接，隔離模塊輸出端與輸電總線連接；在 升壓型DC-DC模塊與太陽能電池板的一根導線上設有輸入電流取樣電阻，輸入電流取樣電阻 兩端與輸入電流調理和A/D轉換電路連接；同時在升壓型DC-DC模塊與太陽能電池板間的兩 導線還與輸入電壓調理和A/D轉換電路連接；升壓型DC-DC模塊與隔離模塊間的一根導線上 設有輸出電流取樣電阻，其兩端與輸出電流調理和A/D轉換電路連接；同時升壓型DC-DC模 塊與隔離模塊間的兩導線還與輸出電壓調理和A/D轉換電路連接；控制模塊MCU採集四路 A/D轉換電路的值，根據輸出電壓值，先控制PWM電壓變換模塊調整升壓型DC-DC模塊， 使輸出電壓為33-36V之間，再掃描微調輸出電壓，找到輸入電流和輸入電壓即太陽能電池板 輸出的最大積，並進行動態跟蹤，使太陽能電池板輸出最大功率；在太陽能電池板輸出功率 最大，但不能對外輸出電能時，不保證足夠的輸出電壓；而當匹配太陽能電池板輸出功率， 需要輸出髙過36V輸出電壓時，即使偏離最大功率點，也不高過36V。
3、 根據權利要求1所述的大型太陽能發電系統電能傳輸和併網系統，其特徵是所述 電能傳輸總線為兩線制總線方式傳輸，總線上採用直流36V電壓。
4、 根據權利要求1所述的大型太陽能發電系統電能傳輸和併網系統，其特徵是所述 逆變電源和智能切換電路由SPWM逆變電源和大功率IGBT模塊組成的智能切換電路構成。
全文摘要
本發明公開了一種大型太陽能發電系統電能傳輸和併網系統。它解決了目前在太陽能發電技術中缺乏傳輸和併網方法，造成太陽能應用受到限制等問題，具有方法簡單，能有效滿足太陽能發電需要等優點。其結構為它若干個太陽能電池板，每個太陽能電池板通過各自的智能電壓轉換模塊與電能傳輸總線並聯；電能傳輸總線與逆變電源和智能切換電路連接，逆變電源和智能切換與蓄電池組連接，同時其輸出端與匹配系統連接，匹配系統與逆變電源和智能切換構成反饋系統；匹配系統輸出端與切換系統連接，切換系統則分別與國家電網併網和/或與自用電系統連接。
文檔編號H02J3/38GK101262134SQ20081001502
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月1日 優先權日2008年4月1日
發明者民 餘, 盧祥明 申請人:濟南新吉納遠程測控有限公司