太陽能光伏電力智能化系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能光伏電力智能化系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]德國在漢諾威工業(yè)博覽會上提出工業(yè)4.0的概念，將傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)與現(xiàn)代信息技術相接合，實現(xiàn)工廠智能化，以提高資源利用率，生產(chǎn)靈活，提升工業(yè)生產(chǎn)的商業(yè)價值。前提是在工業(yè)自動化基礎上，實現(xiàn)從機器傳感器到因特網(wǎng)通訊的無縫對接，生產(chǎn)自動化通過自我診斷、自我修正和功能最大化程序更加智能地輔助工人完成生產(chǎn)。
[0003]蒸汽機(代表第一次工業(yè)革命)、電氣化(第二次工業(yè)革命)、自動化(第三次工業(yè)革命)、工廠智能化Factory Smart也是工業(yè)4.0 (第四次工業(yè)革命)。
[0004]清潔能源是可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路，其中最有發(fā)展前景的主要能源之一是太陽能光伏發(fā)電，光伏能源上一層是智能化能源(光伏電力+智能化控制)組成光伏電力智能化系統(tǒng)，無論是新理論、新概念，還是當前最先進的科學技術領域，都是最先進的技術，它代表一種科學發(fā)展趨勢和潮流。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向新興產(chǎn)業(yè)轉型，工業(yè)4.0，是當今世界科學技術發(fā)展的必然。研究應用智能化系統(tǒng)集成，是當前在光伏產(chǎn)業(yè)中的重要關鍵環(huán)節(jié)，系統(tǒng)中關鍵模塊的研究，如遠距離信號傳輸、光伏發(fā)電模塊、防反開關電路模塊、逆變模塊、濾波模塊、測量模塊，控制模塊，整流儲存模塊等單元組成最佳智能化系統(tǒng)，特別是光伏電力智能化模塊化集成系統(tǒng)，為樓宇(獨立房屋)小型辦公系統(tǒng)提供獨立電源，這在世界上也是處于領先的研究課題，研發(fā)空間很大，而且市場前景非常廣闊。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的目的是重點解決太陽能光伏建筑一體化(BIPV)問題，提出一種太陽能光伏電力智能化系統(tǒng)。
[0006]太陽能光伏電力智能化系統(tǒng)，包括:光伏電池板陣列模塊、光伏逆變單元模塊、濾波單元、局域電網(wǎng)、控制單元、輸入端電壓檢測模塊、輸出端電壓檢測模塊、負載、可編程控制器、PAC儀表模塊、人機對話模塊、通訊交換機和工業(yè)用計算機；其中:所述光伏電池板陣列模塊發(fā)出的直流電流進入光伏逆變單元模塊；所述濾波單元與光伏逆變單元模塊相連，對光伏逆變單元模塊輸出的交流電進行濾波；經(jīng)濾波后的交流電與所述局域電網(wǎng)的交流電相連接；所述控制單元與光伏逆變單元模塊相連接，用于實現(xiàn)電源控制；所述輸入端電壓檢測模塊連接濾波單元；所述輸出端電壓檢測模塊連接局域電網(wǎng)；所述負載連接局域電網(wǎng)；所述人機對話模塊與可編程控制器相連；所述通訊交換機分別與控制單元、可編程控制器、人機對話模塊和PAC儀表模塊相連接；所述工業(yè)用計算機與可編程控制器相連接。
[0007]進一步地，所述光伏電池板陣列模塊包括光伏電池板、光伏電池板支架、空氣斷路器、預充電回路和防反充二極管電路、第一斷路器、第一熔斷器和第一直流接觸器。
[0008]進一步地，所述可編程控制器含有PR0FINET、高速運動控制I/O和模擬輸入輸出。
[0009]進一步地，所述光伏逆變單元模塊與控制單元通過PR0FINET實現(xiàn)無縫連接。
[0010]進一步地，所述光伏逆變單元模塊通過PR0FINET分別與輸入端電壓檢測模塊以及輸出端電壓檢測模塊相連，并含有第二斷路器。
[0011]進一步地，所述濾波單元中含有第三斷路器、第二熔斷器及第二直流接觸器。
[0012]進一步地，所述控制單元是CPU控制模塊。
[0013]進一步地，所述輸入端電壓檢測模塊檢測來自逆變器模塊的信號，并含有第四斷路器。
[0014]進一步地，所述輸出端電壓檢測模塊檢測來自局域電網(wǎng)的信號，與逆變器模塊相連，并含有第五斷路器。
[0015]本發(fā)明提供的太陽能光伏發(fā)電供電智能化模塊系統(tǒng)，采用智能化模塊集成系統(tǒng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)PR0FINET對各單元進行無縫連接，實行動態(tài)隨機控制，形成智能化、全方位、最佳控制系統(tǒng)。對關鍵技術進行創(chuàng)新、設計、系統(tǒng)集成、試驗、分析和研究，找到了光伏發(fā)電技術發(fā)展特點、發(fā)展趨勢和技術關鍵，并針對光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究方向及開發(fā)能力、進行了基礎研究和工程研究，選用世界最先進的電氣元器件，集成最佳系統(tǒng)，經(jīng)過對設計方案的無數(shù)次修改，實際組成系統(tǒng)試驗，將各個模塊進行最佳集成，將復雜系統(tǒng)和簡單系統(tǒng)相結合，經(jīng)過小試、中試現(xiàn)場實際測試，能夠適應環(huán)境的實際需求，解決了光伏發(fā)電中的智能化控制(SMART CONTROLLER)問題，使光伏建筑一體化進程達到電能效率高轉化率、運行高可靠性、系統(tǒng)高智能化，并且投入成本降低、易于安裝、易于維護、易于運行，具有效率高、運行可靠、生命周期長等優(yōu)點，同時可以減少二氧化碳排放，可循環(huán)利用清潔能源。本發(fā)明的太陽能光伏電力智能化系統(tǒng)的技術處于國際光伏技術發(fā)展的前沿，引領該領域的發(fā)展方向。
【附圖說明】
[0016]圖1所示為本發(fā)明的太陽能光伏電力智能化系統(tǒng)原理圖。
[0017]圖2所示為本發(fā)明的太陽能光伏電力智能化系統(tǒng)的光伏陣列示意圖。
[0018]圖3所示為本發(fā)明的太陽能光伏電力智能化系統(tǒng)的PLC可編程控制單元系統(tǒng)拓撲圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]如圖1所示為本發(fā)明的太陽能光伏電力智能化系統(tǒng)原理圖，其中:光伏電池板陣列，其能夠以最短距離用最少的導線連接最多的光伏電池板，采用最佳矩陣排列將多個光伏電池板組合而成，以減少線損耗，智能化模塊組合(根據(jù)負載動態(tài)隨機模塊化組合)；光伏電池板支架(圖中未示出)包括太陽光跟蹤系統(tǒng)，主要分為手動(簡潔易操作、可靠、無電能量消耗)和自動(結構復雜、精度高、全時段、有電能消耗)跟蹤系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用的是可以根據(jù)不同環(huán)境、季節(jié)變化(重點是太陽仰角變化)進行手動調節(jié)使用角度的光伏電池板支架；光伏電池板支架(圖中未示出)還包括底座和設置在底座上的支撐架，根據(jù)季節(jié)的變化，12個月對應12個角度，底座上有12個檔位，分別為I檔、2檔……11檔、12檔，分別對應I月、2月……11月、12月，用于在每個月中調整光伏電池板與太陽光的照射形成最佳輻射角度，根據(jù)太陽轉動角度，調節(jié)光伏板與太陽最佳角度系統(tǒng)，隨機轉換控制模式，使光伏電池板始終處在最佳與太陽的夾角，從而獲取最大能量，可提尚發(fā)電效率30%以上。
[0021]空氣斷路器QFl控制直流電源主電路的接通和斷開。接觸器和熔斷器組成開關保護電路，主要接光伏陣列發(fā)出的直流電源的開通和關閉，同時對直流主電路中，如遇短路、過載等特殊情況進行保護。預充電回路和防反充二級管電路，白天光伏板發(fā)出的大量直流電流直接通過接觸器接點直接進入逆變器輸入模塊；晚上由于光伏電池發(fā)電系統(tǒng)處在非發(fā)電狀態(tài)，外部電流反向沖擊，易造成光伏元件的損壞，所以加裝二極管，利用二極管的單向性，防止電流回流，從而減少線損和保護光伏器件依次循環(huán)；防反充開關電路，輸入端與光伏陣列相連，輸出端與逆變模塊相接，用于將太陽能光能轉變成直流電，并通過防反向電流控制電路模塊，連接DC到AC，防止光伏板在晚上產(chǎn)生的電流電壓低于供給負載的電壓電流；斷路器QF2用于防止直流側主電路電流過載；熔斷器FUl用于防止主電路電流過載；直流接觸器KMl用于將開關直流側供給光伏逆變單元模塊ALM的輸入端，加裝電阻RO (120歐，50W)，組成緩沖電路，使光伏逆變單元模塊ALM中的電容電路得到緩沖；熔斷器FUl與2相小型斷路器QFLOl相連接，2相小型斷路器QFLOl另一端與電阻RO相連接。光伏電池板陣列模塊發(fā)的直流電為輸入，通過光伏逆變單元模塊ALM(ALM為ACTIVE LINE MODULE，主動型電源模塊的縮寫)變成交流電，直流輸入為600V，逆變成的三相交流電的電壓為380V，頻率為50HZ，相位差為120° ;斷路器QF2用于防止直流側主電路電流過載。實際電路分別與防反充開關電路相連接，用于將光伏電池板發(fā)出的直流電轉換成交流電，并通過對最大功率點MPPT的跟蹤，實時檢測太陽能光伏電池板的發(fā)電電壓、電流，追蹤最高電壓電流值，使太陽能光伏電池板以最大功率輸出；米用VVVF(Variable Voltage&Variable Frequency，可變電壓&可變頻率)改變電壓、頻率，三相橋式逆變器輸出端分別位于三組開關的中點，取兩兩之間的電位差得到三個相電壓，三組六個開關順序，逆變可得到幅值相等、頻率相等、相位差120°的三相交流信號。通過電壓檢測模塊，依靠數(shù)學模型對電壓參數(shù)進行自動識另IJ，計算出實際值，對逆變開關狀態(tài)進行自動控制。系統(tǒng)中通過PR0FINET使光伏逆變單元模塊ALM與控制單元實現(xiàn)無縫連接、物理上的連接、數(shù)據(jù)傳輸和智能化控制。
[0022]早晨日出后，太陽輻射強度逐漸增強，太陽能光伏電池板的輸出也隨之增大，當達到逆變器工作所需的輸出功率后，光伏逆變單元模塊即自動開始運行。進入運行后，逆變單元便時時刻刻監(jiān)視太陽電池組件的輸出，只要太陽電池組件的輸出功率大于逆變單元工作所需的輸出功率，逆變單元就持續(xù)運行；直到日落停機，即使陰雨天逆變單元也能運行。當太陽電池組件輸出變小，逆變單元輸出接近低于額定值時，逆變模塊便形成待機狀態(tài)。太陽電池組件的輸出是隨太陽輻射強度和太陽電池組件自身溫度(芯片溫度)而變化的。另外由于太陽電池組件具有電壓隨電流增大而下降的特性，因此存在能獲取最大功率的最佳工作點。太陽輻射強度是變化著的，顯然最佳工作點也是在變化的。相對于這些變化，始終讓太陽電池組件的工作點處于最大功率點，系統(tǒng)始終從太陽電池組件獲取最大功率輸出，這種控制就是最大功率跟蹤控制。本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)用的逆變器的最大特點就是具有最大功率點跟蹤(MPPT)這一功能。
[0023]濾波單元A頂(AM為ACTIVE INTERFACE MODULE有源接口模塊的縮寫)用于將光伏逆變單元模塊ALM輸出的交流電進行濾波后使其交流正弦波形更加接近于或等于電網(wǎng)波形，包括頻率等于50赫茲(50/60HZ)，UVW相電壓峰值功率等各項數(shù)值相等(它沒有PROFINET和PROFIBUS接口)，其在主電路中與光伏逆變單元模塊ALM相連，輸入交流電，并通過對交流電正弦波進行濾波，將交流電變成標準的50HZ，調整正弦波形(包括幅度)，提升交流電源質量；濾波單元AIM與光伏逆變單元模塊ALM之間通過斷路器QF3相連接，以便更好的連接和保護主電路中的濾波單元A頂與光伏逆變單元模塊ALM，起到控制開關和保護的作用；濾波單元A頂輸出端連