基於單片機的光伏供電系統防逆功裝置的製作方法

2023-04-30 16:46:36 1

專利名稱：基於單片機的光伏供電系統防逆功裝置的製作方法
技術領域：
本實用光伏發電併網供電技術領域，尤其是涉及一種基於單片機的光伏供電系統防逆功裝置。
背景技術：
光伏供電是當前的熱點技術，與現有交流發電供電網絡的供電方式不同，現階段一般作為交流供電的補充，但是光伏供電設備併網供電技術由於供電量通常為固定功率值，一旦某個時段所有負載消耗的總的功率相比較小於光伏供電設備供應的功率值，那麼將對併網的交流電網造成電流的倒灌，形成電流逆功，從而可能損壞交流電網中的供電設備。目前已有的防逆功裝置是通過隨時監控網側的電壓與電流，一旦發現向電網輸入能量，會立即通過通訊控制逆變器降低輸出電流，減小光伏系統發電功率；當出現通訊故障或其他系統故障時，防逆流控制器會控制輸出接觸器斷開，從而徹底停止向電網供電。目前比較成熟的方案基本都是針對大型光伏供電工程的逆功率問題，發電功率在iokw-mw 之間，隨著光伏供電逐漸為大眾所接受，城市光伏工程大多是小型光伏供電工程，而目前還沒有小型光伏供電工程的防逆功方案，尤其是針對小型光伏供電工程的單項用電防逆功裝置。

實用新型內容本實用新型實施例提供一種併網式光伏供電防逆功裝置，用以解決光伏供電與交流電網併網過程中存在的逆功問題。本實用新型實施例提供了一種併網式光伏供電防逆功裝置，包括負載功率採集模塊，開關模塊，光伏供電電池組，併網控制模塊，所述負載功率採集模塊用於監測電路負載實時功率值；所述併網控制模塊與所述負載功率採集模塊電連接，利用所述負載功率採集模塊得到的所述實時功率值確定需要與交流電網並聯連接的光伏供電電池組的瓦特數，並且並聯連接的光伏供電電池的總瓦特數小於所述實時功率值；所述開關模塊與所述併網控制模塊電連接，受所述併網控制模塊控制，實現光伏供電電池組的導通和截止。本實用新型的構思在於在負載端連接實時監測模塊，在光伏供電端加入控制模塊來控制光伏供電電量，兩者之間由併網控制模塊搭建橋梁。負載功率採集模塊採集負載信息送入併網控制模塊，併網控制模塊通過對信息的分析處理得出結果送入開關模塊，開關模塊根據接收到得結果信號實現對光伏供電電池組的通斷控制。從而通過對負載的實時監控，達到對電池組通斷控制的目的，從而控制光伏供電永遠小於負載需求。簡而言之，本實用新型的核心要素在於1、針對負載的實時監測；2、對負載信息的分析處理；3、對光伏供電電池組通斷的控制。本實用新型提供一種基於單片機的光伏供電系統防逆功裝置，包括負載功率採集模塊(101)，開關模塊(102)，基於單片機的併網控制模塊(103)，光伏供電電池組(104)，
3其特徵在於把光伏供電電池組(104)分為多組光伏供電電池子單元，通過每組光伏供電電池子單元的輸入功率與負載值的對比，決定光伏供電端導通的電池組數；所述負載功率採集模塊(101)用於對電路負載(106)的實時功率值進行監控；所述基於單片機的併網控制模塊(103)與所述負載功率採集模塊(101)電連接，利用所述負載功率採集模塊(101) 監控得到的所述實時功率值確定需要與交流電網並聯連接的光伏供電電池組的組數，保證並聯連接的光伏供電電池組(104)的供電量一直小於所述實時功率值；所述開關模塊 (102)與所述基於單片機的併網控制模塊(103)電連接，受所述基於單片機的併網控制模塊(103)控制，實現光伏供電電池組(104)的導通和截止。根據本實用新型的優選實施例，其中同組的光伏供電電池子單元之間串聯，組與組之間並聯，各組光伏供電電池子單元均為串聯電池組，其功率由各自串聯的光伏供電電池個數及光伏供電電池發電功率決定。根據本實用新型的優選實施例，還包括數碼顯示管或發光二極體，對導通的光伏電池組數進行實時顯示。根據本實用新型的優選實施例，還包括光伏供電功率顯示模塊，用於對光伏供電功率進行實時顯示。根據本實用新型的優選實施例，所述光伏供電功率顯示模塊的顯示設備包括指示燈，數碼管或者液晶屏中任意一種。本實用新型還提供一種併網式光伏供電防逆功裝置，一種併網式光伏供電防逆功裝置，包括負載功率採集模塊(101)，開關模塊(102)，併網控制模塊(103)，光伏供電電池組(104)，其特徵在於所述光伏供電電池組(104)分為多組光伏供電電池子單元，通過對各光伏供電電池子單元的導通或者截止進行控制，構建不同的光伏供電電池子單元組合陣列，進而通過導通不同的光伏供電電池子單元組合陣列，使得所述光伏供電電池組(104) 可以提供一系列不同的供電功率值；所述負載功率採集模塊(101)用於實時監測電路負載 (106)的實時功率值，並將監測到的實時功率值直接反饋給併網控制模塊(103);所述併網控制模塊(103)與所述負載功率採集模塊(101)電連接，接收負載功率採集模塊(101)反饋的實時功率值，利用所述負載功率採集模塊(101)監測所得到的所述實時功率值確定需要與交流電網並聯連接的光伏供電電池組(104)的功率值，進而確定需要導通的光伏供電電池子單元組合陣列；所述開關模塊(102)與光伏供電電池組(104)、電路負載(106)、和併網控制模塊(103)電連接，受所述併網控制模塊(103)的控制，通過控制不同的不同的光伏供電電池子單元組合陣列的導通和截止，控制光伏供電電池組(104)併網供電的功率值。根據本實用新型的優選實施例，其中所述併網控制模塊(103)確定需要與交流電網並聯連接的光伏供電電池組(104)的功率值包括在保證光伏供電電池組(104)的供電總功率小於所述監測到的實時功率值的前提下，計算得出與所述監測到的實時功率值最接近的供電功率值，作為需要與交流電網並聯連接的光伏供電電池組(104)的功率值。根據本實用新型的優選實施例，應用開關模塊(102)對每組光伏供電電池子單元進行控制，所述開關模塊包括與各組光伏供電電池子單元相連的多路開關子單元，所述開關模塊的各開關子單元由所述併網控制模塊(103)控制，確定各路開關子單元的導通和截止。根據本實用新型的優選實施例，各組光伏供電電池子單元均為串聯電池組，其功率由各自串聯的光伏供電電池個數及光伏供電電池的供電功率決定，各組光伏供電電池子單元之間並聯。根據本實用新型的優選實施例，所述併網控制模塊(103)是應用輸入控制程序的單片機，對光伏供電電池組(104)進行控制，從而決定要導通的光伏供電電池子單元組合陣列。根據本實用新型的優選實施例，還包括數碼顯示管或發光二極體，對導通的光伏供電電池子單元組合陣列構成圖進行實時顯示。根據本實用新型的優選實施例，還包括光伏供電功率顯示模塊，用於對光伏供電功率進行實時顯示。根據本實用新型的優選實施例，所述光伏供電功率顯示模塊的顯示設備包括指示燈，數碼管或者液晶屏中任意一種。根據本實用新型的優選實施例，所述開關模塊是固態繼電器控制電路，通過固態繼電器對各光伏供電電池子單元的導通或者截止進行控制，從而構建不同的光伏供電電池子單元組合陣列。綜上所述，併網控制模塊保證了負載用電量永遠大於光伏供電量，使市電永遠有微小電量流入用戶端；負載功率採集模塊保證對負載端變化的精確採集，在負載值出現變化時，裝置能在最短時間內作出相應；開關模塊控制電池組的通斷路數，保證用戶端能夠最大限度的利用光伏供電。本實用新型提供的併網式光伏供電防逆功裝置，通過併網控制模塊利用負載功率採集模塊得到的負載端實時功率值確定需要與交流電網並聯連接的光伏供電電池組的瓦特數，在保證並聯連接的光伏供電電池的總瓦特數小於所述實時功率值的條件下，可以有效的保證交流電網始終處於對負載供電的狀態，解決了現有技術中存在的電流逆功問題， 有效保證了光伏供電設備併網供電的安全性。在本實用新型中，由於把光伏供電電池分組並聯，通過對負載的實時監控決定光伏供電電池導通的組數，保證光伏輸出功率總是小於負載消耗，使市電電網始終處於對負載供電狀態。上述功能通過負載功率採集模塊，開關模塊，併網控制模塊實現。從而解決了小型光伏供電併網工程的逆功率衝擊市電電網問題；大多數小型光伏電站都接入電壓等級為0. 4kV的低壓電網，基本為用戶側自備式電源系統，自發自用，不向中壓電網或高壓電網饋電。為了確保光伏供電系統只對內部電網供電，防止光伏供電進入市電電網，從而有效防止光伏系統向電網饋電，保證電網品質。本實用新型有效解決了現有光伏供電領域中存在的電流逆功率問題和在防止電流逆功率時產生的光伏電浪費問題，有效保證了光伏併網供電的安全性及光伏發電應用的精確性。雖然在下文中將結合一些示例性實施及使用方法來描述本實用新型，但本領域技術人員應當理解，並不旨在將本實用新型限制於這些實施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權利要求書所定義的本實用新型的精神與範圍內的所有替代品、修正及等效物。本實用新型的其他優點、目標和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本實用新型的實踐中得到教導。本實用新型的目標和其他優點可以通過下面的說明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

為了使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述，其中圖I是本實用新型的併網式光伏供電防逆功裝置的結構原理圖；圖2是本實用新型的併網控制模塊、電池子單元及開關子單元的架構原理圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實例，並參照附圖，對本實用新型做進一步的闡述。本實用新型實施例提供了一種併網式光伏供電防逆功裝置，在該併網式光伏供電防逆功裝置根據實時負載功率需求情況對光伏供電設備的電池進行導通或斷開操作，在保證並聯連接的光伏供電電池輸出功率的總瓦特數小於負載實時功率值的條件下，可以有效的使得交流電網始終處於對負載供電狀態，保障光伏供電設備與交流電網併網的安全性。本實用新型的控制策略在於通過對消耗端實時功率值和光伏供電電池組供電值的大小對比，決定對電池組的導通和截止，保證光伏供電電池組的供電量永遠小於消耗端需要的電量。本實用新型的實施例提供的併網式光伏供電防逆功裝置的結構原理圖如圖I所示，該併網式光伏供電防逆功裝置包括負載功率採集模塊101，開關模塊102，併網控制模塊103，以及光伏供電電池組104，交流電網105和負載106。負載功率採集模塊101與負載106連接，用於監測電路的負載106的實時功率值， 並將需求的實時功率值(即監測值)直接反饋給併網控制模塊103。併網控制模塊103與負載功率採集模塊101電連接，接收負載功率採集模塊101反饋的實時負載功率值，併網控制模塊103內部輸入事先設定的分析程序，利用負載功率採集模塊101得到的實時功率值進行數值對比，並在保證供電功率小於負載功率的前提下儘可能提供與負載功率值最接近的供電功率，通過確定需要與交流電網並聯連接的光伏供電電池組104的功率值(瓦特數)，得到需要導通的電池子單元的組數，並通過與光伏供電電池組104相連接的數碼管或者發光二極體對導通的電池組數進行顯示。也就是說，在保證光伏供電電池組(104)的供電總功率小於所述監測到的實時功率值的前提下，計算得出與所述監測到的實時功率值最接近的供電功率值，作為需要與交流電網並聯連接的光伏供電電池組(104)的功率值。併網控制模塊(103)根據如上方法所確定的需要與交流電網並聯連接的光伏供電電池組(104)的功率值，進而確定需要導通的光伏供電電池子單元。由於需要控制光伏供電的供電功率要小於負載106的實時需求功率，從而保證了不會形成光伏供電電池組104對交流電網105的逆功，所以並聯連接的光伏供電電池組104 的瓦特數小於實時功率值；開關模塊102與併網控制模塊103電連接，開關模塊102受到併網控制模塊103的控制，同時還電連接到光伏供電電池組104和負載106，控制光伏供電電池組併網供電的導通(連接)和截止(斷開)。[0038]在優選實施例中，將光伏供電電池組104的電池陣列分組為多個光伏供電電池子單元，應用開關模塊102對每組光伏供電電池子單元進行控制，所述開關模塊包括與各組光伏供電電池子單元相連的多路開關子單元，所述開關模塊的各開關子單元由所述併網控制模塊103控制，確定各路開關子單元的導通和截止。其中，同組的光伏供電電池子單元之間串聯，組與組之間並聯，各組光伏供電電池子單元均為串聯電池組，其功率由各自串聯的光伏供電電池個數及光伏供電電池發電功率決定。在優選實施例中，所述併網控制模塊103是應用輸入控制程序的單片機，對光伏供電電池組104進行控制，從而決定光伏供電電池子單元導通的組數。該實施例中還可以包括光伏供電功率顯示模塊，用於將併網控制模塊103確定的需要導通的光伏供電電池組104的供電功率(瓦數)顯示出來，使得結果更加直觀。光伏供電功率顯示模塊的顯示設備可以但不局限於是指示燈，數碼管，發光二極體或者液晶屏。在優選實施例中，開關模塊102是固態繼電器控制電路，通過固態繼電器對電池組的導通或者截止進行控制本實用新型的併網控制模塊、電池子單元及開關子單元的架構原理圖如圖2所示，該併網式光伏供電防逆功裝置包含的相應部件與圖I相同，其中的開關模塊102以及光伏供電電池組104分別包括若干子單元。具體為第一開關子單元1021，第二開關子單元 1022，第三開關子單元1023，第四開關子單元1024 ;第一電池子單元1041，第二電池子單元 1042，第三電池子單元1043，第四電池子單元1044 ;其中第一開關子單元1021與第一電池子單元1041電連接，第二開關子單元1022與第二電池子單元1042電連接，第三開關子單元1023與第三電池子單元1043電連接，第四開關子單元1024與第四電池子單元1044電連接；同時整個開關模塊的四路開關由併網控制模塊進行控制，確定各路開關的開啟和關閉， 與開關子單元相互電連接的電池子單元分別受對應的開關子單元控制，實現四路電池子單元的導通與截止，完成併網供電。實施例2中的每一個電池子單元均為I. 5千瓦供電功率串聯電池組時，對外可提供總功率為6千瓦的供電功率，並且，由併網控制模塊控制的開關子單元確定其通斷後，可以實現0千瓦、I. 5千瓦、3千瓦、4. 5千瓦和6千瓦5個等級的供電功率輸出，在實現併網供電過程中需要注意的是光伏供電設備提供的電壓值應該與交流電網提供的電壓值相適應。另一種光伏供電電池組配置模式可以是功率按級數增長情況進行配置，例如可以是第一電池子單元1041為2. 6千瓦供電功率的串聯電池組，第二電池子單元1042為5. 4 千瓦供電功率的串聯電池組，第三電池子單元1043為10. 8千瓦供電功率的串聯電池組，第四電池子單元1044為21. 6千瓦供電功率的串聯電池組。通過實現輸入設定程序的併網控制模塊103對負載的實時功率值進行分析，計算後得出與負載的實時功率值最接近的供電功率值，從而控制開關的通斷(導通/截止)，可實現16個等級的供電功率輸出，使供電輸出更加精細，在實現併網供電過程中需要注意的是光伏供電設備提供的電壓值應該與交流電網提供的電壓值相適應，並且每一路電池子單元的供電電壓相同。同樣，可以通過與光伏供電電池組104相連接的數碼管或者發光二極體對導通的電池組數進行顯示。在本實用新型的優選實施例中，應用輸入控制程序的單片機對光伏供電電池組進行控制，從而決定光伏供電電池接通的組數。所述單片機為51型單片機；所述控制程序為具有運算、比較、識別、控制功能的C語言程序。在優選實施例中，以四路電池子單元供電，實際可以不局限於四路，也可以是兩路電池子單元供電、三路電池子單元供電，五路電池子單元供電，或者更多，具體情況可以依據併網供電的電網實際情況為依據進行規劃。該實施例以6千瓦的總供電功率為例子，實際中根據各種光伏供電設備本身的特點以及併網供電的不同情況可以為其他數值的總供電功率。在優選實施例中還可以包括光伏供電功率顯示模塊，用於將併網控制模塊103 確定的需要連接的光伏供電電池組104的供電瓦數顯示出來。使得結果更加直觀。光伏供電功率顯示模塊的顯示設備可以但不局限於是指示燈，數碼管或者液晶屏。最後應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
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權利要求1.一種基於單片機的光伏供電系統防逆功裝置，包括負載功率採集模塊(101)，開關模塊(102)，基於單片機的併網控制模塊(103)，光伏供電電池組(104)，其特徵在於把光伏供電電池組(104)分為多組光伏供電電池子單元，通過每組光伏供電電池子單元的輸入功率與負載值的對比，決定光伏供電端導通的電池組數；所述負載功率採集模塊(101)用於對電路負載(106)的實時功率值進行監控；所述基於單片機的併網控制模塊(103)與所述負載功率採集模塊(101)電連接，利用所述負載功率採集模塊(101)監控得到的所述實時功率值確定需要與交流電網並聯連接的光伏供電電池組的組數，保證並聯連接的光伏供電電池組(104)的供電量一直小於所述實時功率值；所述開關模塊(102)與所述基於單片機的併網控制模塊(103)電連接，受所述基於單片機的併網控制模塊(103)控制，實現光伏供電電池組(104)的導通和截止。
2.如權利要求I所述的基於單片機的光伏供電系統防逆功裝置，其特徵在於同組的光伏供電電池子單元之間串聯，組與組之間並聯，各組光伏供電電池子單元均為串聯電池組，其功率由各自串聯的光伏供電電池個數及光伏供電電池發電功率決定。
3.如權利要求1-2任一項所述的基於單片機的光伏供電系統防逆功裝置，其特徵在於還包括數碼顯示管或發光二極體，對導通的光伏電池組數進行實時顯示。
4.如權利要求1-2任一項所述的基於單片機的光伏供電系統防逆功裝置，其特徵在於還包括光伏供電功率顯示模塊，用於對光伏供電功率進行實時顯示。
5.如權利要求4所述的基於單片機的光伏供電系統防逆功裝置，所述光伏供電功率顯示模塊的顯示設備包括指示燈，數碼管或者液晶屏中任意一種。
專利摘要本實用新型公開了一種基於單片機的光伏供電系統防逆功裝置，包括負載功率採集模塊，開關模塊，光伏供電電池組，基於單片機的併網控制模塊，所述負載功率採集模塊用於對電路負載實時功率值進行監控；所述基於單片機的併網控制模塊與所述功率採集模塊電連接，利用所述負載功率採集模塊得到的所述實時功率值確定需要與交流電網並聯連接的光伏供電電池組的組數，保證並聯連接的光伏供電電池的供電量一直小於所述實時功率值；所述開關模塊與所述基於單片機的併網控制模塊電連接，受所述基於單片機的併網控制模塊控制，實現光伏供電電池組的導通和截止。本實用新型解決了現有光伏供電領域中存在的電流逆功率問題和在防止電流逆功率時產生的光伏電浪費問題，有效保證了光伏併網供電的安全性及光伏發電應用的精確性。
文檔編號H02N6/00GK202353230SQ20112037916
公開日2012年7月25日 申請日期2011年10月9日 優先權日2011年10月9日
發明者於志洪, 趙之雯 申請人:天津永明新能源科技有限公司