船用光伏發電併網實驗平臺的製作方法
2023-05-17 19:16:36
專利名稱：船用光伏發電併網實驗平臺的製作方法
技術領域：
本發明專利涉及一種船用光伏發電併網技術領域。具體為船用光伏發電併網實驗平臺。
背景技術：
在當今的世界能源結構中，常規能源的儲量正隨著人類文明的高度發展而迅速枯竭。作為交通運輸中載運量比例最大的載運工具，船舶是能源消耗大戶，也是汙染和溫室氣體排放的大戶，其節能效果的好環對國民經濟的影響很大。隨著光伏技術的不斷深入發展，其效率、可靠性和穩定性均有了很大提高，因而從最初的單純技術研究逐漸轉向實際應用領域。太陽能光伏發電應用於船舶是目前綠色船舶發展的一個重要方向。目前太陽能在船舶上的應用主要集中在小型船舶上，並且作為船舶的主要動力能 源，這類應用是太陽能在船舶上應用的主要方式。此外，太陽能在大型船舶上一般作為輔助能源應用在船舶的照明系統、駕駛系統、空調系統等方面。而從光伏系統在船舶上應用的類型來看，主要是獨立光伏系統，並且包含有儲能裝置，併網光伏系統還沒有相關實船。如果採用併網式的運行方式，則可以保證光伏電池始終運行在最大功率點處，可以提高光伏陣列的發電效率。省去了蓄電池作為儲能環節，降低了系統成本與維護費用，並避免了處理廢舊蓄電池帶來的二次汙染。在現有技術中，太陽能光伏發電的應用主要集中在陸地上，隨著新能源技術的快速發展，新能源在各個行業中的應用將得到不斷推廣。現今市場上雖然有一些太陽能發電的實驗平臺，但一般都是離網，併網實驗臺的現狀也僅存在於與現有市電相併，像與船舶發電系統這樣小系統的電網併網的平臺還沒有。如光伏併網發電裝置(申請號201110337049. 2)證實了光伏發電併網運行的可行性，能夠完成光伏併網發電、同步併網等試驗及演示，可幫助同行業工作人員和學生理解太陽能併網發電系統的原理，熟悉光電轉化及光伏併網系統整個流程。申請號為201110163110.6的發明專利雖然提出了一種光伏併網發電實訓裝置，可實現光伏發電、同步併網的實驗及教學演示。上述專利均不涉及到船舶電網的模擬與併網，本發明專利的創新點在於其一，能夠模擬船用光伏發電系統在不同工況下的併網運行性能；其二，可以測量電壓、電流、頻率、功率、功率因素等數據，通過還原船用光伏發電系統在實際使用中因外界環境和船舶負載變化而對其運行性能產生的影響，從而為船用光伏發電系統的結構及優化設計提供依據；其三，通過示波器及電能品質測試儀所獲數據可對光伏發電系統的電能質量進行分析和研究，以提高光伏發電在船舶電網運行中的可靠性和高效性。
發明內容
本發明的目的在於針對船用電網，提供一種供太陽能光伏併網的運行模式的船用光伏發電併網實驗平臺。，模擬船用光伏發電系統在不同外界輻照度時併網運行性能，測量電壓、電流、頻率、功率、功率因數等數據，通過還原船用光伏發電系統在實際使用中因外界環境變化而對其運行性能產生的影響，從而為船用光伏發電系統的結構及優化設計提供依據。本發明解決所述技術問題，採用的技術方案是，一種船用光伏發電併網實驗平臺，它包括太陽能光伏陣列、光伏防雷匯流箱、直流防雷配電櫃、併網逆變器、交流防雷配電箱、電動機、發電機、模擬船用負載、環境監測儀、示波器及電能品質測試儀；所述的太陽能光伏陣列中的電池板先局部串聯組成太陽能電池串，再整體並聯連接後接入光伏防雷匯流箱，經直流防雷配電櫃與併網逆變器相連；併網逆變器輸出端接交流防雷配電箱輸入端，交流配電箱輸出端併入船用電網；所述的船用電網由電動機帶動發電機並串入模擬船用負載形成，示波器和電能品質測試儀一端連接併網逆變器，另一端連接數據採集器，光伏防雷匯流箱、直流防雷配電櫃、交流防雷配電箱和環境監測儀與數據採集器相連，數據採集器與中央控制中心互連。
本發明的併網實驗臺中，太陽能光伏陣列每一組串在光照下發出的電能經直流防雷匯流箱匯流後經由直流配電櫃送入併網逆變器逆變為電壓380V，頻率50HZ的三相交流電。本發明的併網實驗臺中，併網逆變器輸出端接交流防雷配電箱，且與AC 380V，頻率50Hz的船用電網相併。本發明的併網實驗臺中，所述的船用電網由電動機從市電網取電帶動發電機發電組成電網迴路。本發明的併網實驗臺中併網負載通過串入模擬船用負載的感性負載與阻性負載來獲得。本發明的併網實驗臺的應用，其併網逆變器實現對光伏發電系統的最大功率追蹤、孤島保護及與船舶電網的鎖相功能。本發明的併網實驗臺的應用，通過示波器及電能品質測試儀所獲數據對光伏發電系統的電能質量進行分析和研究。本發明的併網實驗臺的應用，通過環境監測儀對太陽能光伏陣列所處的風速、夕卜界溫度和輻射強度進行監測，研究其各自的改變對光伏發電系統所產生的影響及併網後對電網所帶來的影響。本發明的併網實驗臺的應用，通過調節模擬船用負載的大小來分析不同負載情況下光伏發電系統併網運行情況，從而為船用光伏發電系統的結構及優化設計提供依據。本發明的併網實驗臺的應用，通過本地和遠程通訊監控實現對系統數據的採集、處理、報警、存儲、查詢及顯示，並實現對系統工作狀態的監控與優化調整。本發明的有益效果
本發明通過將太陽能電池板先串聯再並聯的連接方式，便於安裝與維護，並且提高了整個太陽能光伏發電系統的可靠性；光伏發電系統採用與船舶電網直接併網的方式，省去了蓄電池裝置，減少了設備，降低了成本；併網逆變器可實現對光伏陣列的最大功率追蹤與孤島保護等功能，提高光伏系統的輸出功率並保證電網的安全正常運行。
圖I是本發明船用光伏發電併網實驗平臺簡單結構示意圖；圖2是本發明船用光伏發電併網實驗平臺理論與控制示意 圖3是本發明船用光伏發電併網實驗平臺光伏陣列電池組串連接示意 圖4是本發明船用光伏發電併網實驗平臺本地監測與遠程監測系統圖。
具體實施例方式本發明的船用光伏發電併網實驗臺結構如圖I所示。，它包括太陽能光伏陣列、光伏防雷匯流箱、直流防雷配電櫃、併網逆變器、交流防雷配電箱、電動機、發電機、模擬船用負載、環境監測儀、示波器及電能品質測試儀。其太陽能光伏板按照圖3所示示意圖先分組串聯，再整體並聯的方式進行連接。太陽能光伏陣列每一組串在光照下發出的電能經光伏防雷匯流箱匯流後經由直流配電櫃送入併網逆變器逆變為電壓為380V，頻率50Hz的三相交流電。。併網逆變器可實現對光伏發電系統的最大功率追蹤、孤島保護以及對船舶電網的鎖相功能。併網逆變器輸出的交流電經交流配電箱與AC 380V，頻率50Hz的船用電網相併。該船用電網由電動機從市電網取電帶動發電機發電組成電網迴路。併網負載通過串入可以模擬船用負載的感性負載與阻性負載來獲得。電網中串入模擬船用負載用來模擬船舶上所帶負載。通過改變串入負載的大小與性質可模擬船用光伏發電系統在不同外界環境和不同負載情況下的併網運行性能。還原船用光伏發電系統在實際使用中因外界環境和船用負載變化而對其運行性能產生的影響。如圖2所示，併網逆變器中的中央控制器通過各種傳感器採集太陽能光伏陣列的表面溫度、日照強度、輸出直流電壓、輸出直流電流、逆變部分輸出的電壓、電流、發電機輸出的電網側的電壓、電流。通過對採集的光伏電池板的表面溫度、日照強度、直流電壓、直流電流參數的分析計算，使光伏陣列輸出工作於最大功率點；採集逆變部分輸出的電壓、電流、發電機輸出的電網側的電壓、電流，經AD轉換器轉換，然後送給併網逆變器中的鎖相模塊中分析處理，經SVPMW算法產生相應的脈衝控制波，用SVPMW波控制功率器件構成的逆變橋的通斷，使逆變器輸出的電流與發電機輸出的電網側的電壓同頻同相位，從而實現與船舶電網的鎖相功能，做到以單位功率因數併網；採集光伏陣列輸出的直流電壓、直流電流、逆變部分輸出的電壓、電流、發電機輸出側電網的電壓與電流，通過軟體保護模塊實現對系統的過或欠壓、過或欠流、過或欠頻及孤島保護等功能。如圖4所示，本地監測與遠程監測裝置主要用於數據的採集、處理、報警、存儲、查詢及顯示。採集光伏陣列輸出的電參數、饋入電網的累計電能、併網逆變器的輸入輸出參數、併網的電參數及環境監測儀監測的環境參數。採集的數據經過數據處理得出最佳的運行信號。如果經處理後的數據顯示系統異常，系統會發出報警信號。採集的數據可進行實時存儲，並可以查詢歷史數據及故障報警信息。同時可實時顯示現場的運行數據，進入各個監測界面。示波器可實時顯示電網中的電壓及電流的波形，電能品質測試儀可以實時顯示併網電流的畸變率。本地監測的數據也可以通過有線或無線傳輸的方式傳到遠程監測中心， 遠程監測中心也可以把處理得出的最佳運行信息送給現場的控制模塊中心，對現場設備的工作狀態進行實時控制。
權利要求
1.一種船用光伏發電併網實驗平臺，其特徵在於它包括太陽能光伏陣列、光伏防雷匯流箱、直流防雷配電櫃、併網逆變器、交流防雷配電箱、電動機、發電機、模擬船用負載、環境監測儀、示波器及電能品質測試儀；所述的太陽能光伏陣列中的電池板先局部串聯組成太陽能電池串，再整體並聯連接後接入光伏防雷匯流箱，經直流防雷配電櫃與併網逆變器相連；併網逆變器輸出端接交流防雷配電箱輸入端，交流配電箱輸出端併入船用電網；所述的船用電網由電動機帶動發電機並串入模擬船用負載形成，示波器和電能品質測試儀一端連接併網逆變器，另一端連接數據採集器，光伏防雷匯流箱、直流防雷配電櫃、交流防雷配電箱和環境監測儀與數據採集器相連，數據採集器與中央控制中心互連。
2.根據權利要求I所述的船用光伏發電併網實驗臺，其特徵在於太陽能光伏陣列每一組串在光照下發出的電能經光伏防雷匯流箱匯流後經由直流配電櫃送入併網逆變器逆變為電壓380V，頻率50HZ的三相交流電。
3.根據權利要求I所述的船用光伏發電併網實驗臺，其特徵在於併網逆變器輸出端接交流防雷配電箱，且與AC 380V，頻率50Hz的船用電網相併。
4.根據權利要求I所述的船用太陽能光伏發電併網實驗臺，其特徵在於所述的船用電網由電動機從市電網取電帶動發電機發電組成電網迴路。
5.根據權利要求I所述的船用太陽能光伏發電併網實驗臺，其特徵在於併網負載通過串入模擬船用負載的感性負載與阻性負載來獲得。
6.根據權利要求I所述的船用光伏發電併網實驗臺的應用，其特徵在於併網逆變器實現對光伏發電系統的最大功率追蹤、孤島保護及與船舶電網的鎖相功能。
7.根據權利要求I所述的船用太陽能光伏發電併網實驗臺的應用，其特徵在於通過示波器及電能品質測試儀所獲數據對光伏發電系統的電能質量進行分析和研究。
8.根據權利要求I所述的船用太陽能光伏發電併網實驗臺的應用，其特徵在於通過環境監測儀對太陽能光伏陣列所處的風速、外界溫度和輻射強度進行監測，研究其各自的改變對光伏發電系統所產生的影響及併網後對電網所帶來的影響。
9.根據權利要求I所述的船用太陽能光伏發電併網實驗臺的應用，其特徵在於通過調節模擬船用負載的大小來分析不同負載情況下光伏發電系統併網運行情況，從而為船用光伏發電系統的結構及優化設計提供依據。
10.根據權利要求I所述的船用太陽能光伏發電併網實驗臺的應用，其特徵在於通過本地和遠程通訊監控實現對系統數據的採集、處理、報警、存儲、查詢及顯示，並實現對系統工作狀態的監控與優化調整。
全文摘要
一種船用光伏發電併網實驗平臺，包括太陽能光伏陣列、光伏防雷匯流箱、直流防雷配電櫃、併網逆變器、交流防雷配電箱、電動機、發電機、模擬船用負載、環境監測儀、示波器及電能品質測試儀。太陽能光伏陣列發出的直流電經併網逆變器逆變為380V，50Hz三相交流電，並與船用電網相併。該船用電網由電動機從市電網取電，帶動發電機進行發電並串入模擬船用負載構成。本船用太陽能光伏發電系統，可模擬船用光伏發電系統在不同外界環境下的併網運行性能，並可測量電壓、電流、頻率、功率、功率因數等數據，通過還原船用光伏發電系統在實際使用中因外界環境和船用負載變化而對其運行性能產生的影響，從而為船用光伏發電系統的結構及優化設計提供依據。
文檔編號H02J3/38GK102684220SQ201210131419
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月2日 優先權日2012年5月2日
發明者嚴新平, 和樹海, 孫玉偉, 林傑, 湯旭晶, 白秀琴, 董從林, 袁成清, 趙江濱, 陳雲瑤 申請人:武漢理工大學