專利名稱：一種多用途自適應太陽能逆變器的構造與方法
技術領域：
本發明屬于太陽能、風能及新能源電力與供電技術領域，具體涉及一種多用途自適應太陽能逆變器的構造與方法。
背景技術：
新能源特別是太陽能的應用，越來越受到全球各國政府的重視和扶植，大力推廣其普及和應用，隨著應用的深入和技術的發展，全球的專家都匯聚到一個焦點，就是新能源電力特別是太陽能電力的應用方式和技術方向，并且普遍認為，以用戶側管理為目標，即發即用，即賣又買的就地應用為主的系統與技術是分布式新能源電力的發展方向與趨勢。因此，用戶和市場盼望著以自用為主，兼顧并網發電的系統與技術出現。但目前的市場產品與技術基本上是并網賣電的太陽能并網系統或是離網自用的獨立太陽能系統，主要是因為構成系統的主要裝置逆變器目前市面上常見的只有并網逆變器和離網逆變器，對構成多用途的太陽能電力系統，增加了難度和投資規模，如要實現即可并網賣電，又可獨立自用的多用途太陽能電力系統，至少需要兩個逆變器，一個為并網逆變器，另一個為離網逆變器，例如中國發明專利公布的申請號為200810200725. X名為《一種多用途太陽能發電系統》的發明專利就是如此構造。究其主要原因是現有技術的逆變器是單一電力路徑工作模式，使其功能單一，不能調配；要實現多個功能用途就要用多個相應功能的逆變器來組合構建，不僅增加了投資，還增加了能耗。為了克服現有技術的上述缺陷，本發明提出了一種多用途自適應太陽能逆變器的構造與方法，利用監測電參數進行判斷、調控，通過直流調配模塊使太陽能電力，蓄電池電力直流輸入電力以及太陽能電力的輸出路徑等多個電力路徑均能受控連接升壓電路或DC/AC電路模塊，同時還可通過交流調配模塊使DC/AC輸出的交流電力受控連接并網輸出端和負載輸出端，實現多路徑多模式受控自適應運行，實現增加功能同時減少投資并提聞效率。
發明內容
本發明提出的一種多用途自適應太陽能逆變器的構造與方法，其具體技術方案是，一種多用途自適應太陽能逆變器的構造與方法，包括監測保護電路，對太陽能電力輸入的電力參數進行監測并對系統進行安全保護；MPPT及DC/DC電路，調節和跟蹤太陽能電力的最大功率；直流電力調配模塊，按設置的閾值或控制指令調配直流電力的流通路徑；升壓電路，將直流電力的電壓，升至DC/AC電路需要的輸入范圍；DC/AC電路，將直流電力逆變轉換為交流電力；監測與計量電路，監測和計量由DC/AC電路輸出的交流電力電力參數與電量；交流電力功率調配模塊，對DC/AC電路輸出的交流電力，按設置的閾值或控制指令進行功率調配；孤島效應信號檢測電路，監測電網運行是否正常，在異常時切斷電控開關；電控開關，受控執行并網電力路徑的連通與切斷；
安全保護電路，對電網和本系統進行安全保護；系統調控模塊，采集和處理監測及計量電路的信號參數，分析、判斷和生成相應控制指令；系統總線，是系統調控模塊與各電路模塊連接并實施控制的線路；太陽能電力接入端，連接太陽能發電組件；蓄電池及直流電力輸入端，連接蓄電池及直流供電端口 ；直流電力輸出端，將最大發電功率的太陽能電力輸出的端口 ；交流負載輸出端,連接交流負載的端口 ；
交流并網輸出端，本系統并網供電的輸出端口 ；系統電源，保障本系統正常運行供電的電源；系統面板，人工操控界面和顯示系統運行信息；直流監測保護電路，對直流接入進行監測并保護系統；交流監測保護電路，對交流負載接入進行監測并對系統進行安全保護；其特征是太陽能發電組件接入太陽能電力接入端，經過監測保護電路、MPPT及DC/DC電路、直流電力調配模塊、升壓電路、DC/AC電路、監測與計量電路、交流電力功率調配模塊、孤島效應信號檢測電路、電控開關、安全保護電路連接交流并網輸出端，由交流并網輸出端與電網相連，構成太陽能電力至電網的并網供電路徑，實現并網發電；太陽能發電組件接入太陽能電力接入端，經過監測保護電路、MPPT及DC/DC電路、直流電力調配模塊、升壓電路、DC/AC電路、監測與計量電路連接交流電力功率調配模塊，由交流電力功率調配模塊受控連接交流監測保護電路及交流負載輸出端，并由交流負載輸出端與用戶交流負載相連，構成太陽能電力至用戶交流負載的供電路徑，實現獨立或離網供電；太陽能發電組件接入太陽能電力接入端，經過監測保護電路、MPPT及DC/DC電路連接直流電力調配模塊，并由直流電力調配模塊連接直流電力輸出端，構成太陽能電力及直流電力輸出路徑，實現太陽能發電組件所發電力的直流輸出；蓄電池及直流電力接入端經過直流監測保護電路連接直流電力調配模塊，由直流電力調配模塊經過升壓電路、DC/AC電路、監測與計量電路連接交流電力功率調配模塊，由交流電力功率調配模塊受控連接交流監測保護電路及交流負載輸出端，構成蓄電池及直流電力至用戶交流負載的供電路徑，實現蓄電池及直流電力為用戶交流負載供電；系統調控模塊通過系統總線與監測保護電路、MPPT及DC/DC電路、直流電力調配模塊、監測與計量電路、交流電力功率調配模塊、孤島效應信號檢測電路、安全保護電路和系統面板及系統電源相連，實施信號采集和電力調控指揮。本發明所述一種多用途自適應逆變器的構造與方法，其特征是系統面板具有信號顯示和鍵控裝置并與系統調控模塊相連，系統調控模塊通過系統面板顯示系統運行信息，并接受人工操控指令。本發明所述一種多用途自適應逆變器的構造與方法，其特征是系統調控模塊，對太陽能發電時段進行調控(不發電視同發電不足)，采取網電正常模式和網電異常模式兩種控制模式，即在網電正常模式時，在直流電力輸出端無用電需求情況下，由系統調控模塊分析判斷發電大于用電時，生成調控指令使交流電力功率調配模塊將多余電力并網輸出，在直流電力輸出端有用電需求情況下，生成調控指令，使直流電力調配模塊連通直流電力輸出端，將多余的太陽能電力通過直流電力輸出端輸出；由系統調控模塊分析判斷發電小于用電時，由系統調控模塊生成調控指令使直流電力調配模塊連通蓄電池及直流電力接入端，由蓄電池及直流電力通過相應電力路徑供電給用戶負載，若監測到連通蓄電池及直流電力接入端電力不足時，由系統調控模塊通過系統面板提示用戶切換到網電供電；在網電異常模式，由孤島效應信號檢測電路監測到網電故障時，自動控制驅動電控開關使并網電力路徑斷開，同時通知系統調控模塊，由系統調控模塊生成調控指令使直流電力調配模塊連通蓄電池及直流電力接入端，由蓄電池及直流電力通過相應電力路徑供電給用戶負載，若監測到連通蓄電池及直流電力接入端電力不足時，由系統調控模塊通過系統面板提示用戶切換到網電供電。本發明利用直流和交流兩個多電力路徑調配電路和全新的孤島監測和聯動電控 開關的電力路徑智能調控，以及自適應分析和調控的系統調控模塊的雙模式管控的系統管理與控制，使得逆變器成為具有并網和離網以及同時滿足并網和離網的多功能逆變器。為多用途太陽能電力系統提供了一種全新的構造方式與方法，不僅方便了系統集成，而且大大減少了投資規模，提高了系統工作效率，降低了發電成本。本發明技術方案與現有技術方案相比較，按硬件規模估算，至少節省40%的逆變裝置的硬件，節省了成本，減少了耗損，節約了安裝空間。
圖I是現有技術的太陽能并網逆變器功能原理示意圖；圖2是現有技術的離網逆變器功能原理示意圖；圖3是多用途自適應逆變器功能原理示意圖。
具體實施例方式作為實施例子，結合附圖對一種多用途自適應逆變器的構造與方法給予說明，但是，本發明的技術與方案不限于本實施例子給出的內容，并且本發明技術方案也適用于風電及分布式新能源電力系統。圖I給出了現有技術的太陽能并網逆變器功能原理示意圖，可以看出系統具有有孤島效應信號檢測電路和電控開關，但是不含蓄電池組接入和相應充放電部分。圖2給出了現有技術的離網逆變器功能原理示意圖，可以看出具有蓄電池組接入和相應充放電部分，但是沒有孤島效應信號檢測電路和電控開關。圖3是多用途自適應逆變器功能原理示意圖，是全新的逆變器的構造，不僅改變了孤島效應信號檢測電路和電控開關的系統功能構造，還增加了直流電力調配模塊(3)和交流電力功率調配模塊(7)。作為實施例子，本發明的一種多用途自適應太陽能逆變器的構造與方法，包括 監測保護電路(I)，對太陽能電力輸入的電力參數進行監測并對系統進行安全保護； MPPT及DC/DC電路(2)，調節和跟蹤太陽能電力的最大功率；
直流電力調配模塊(3)，按設置的閾值或控制指令調配直流電力的流通路徑；
升壓電路(4)，將直流電力的電壓，升至DC/AC電路(5)需要的輸入范圍；
DC/AC電路(5)，將直流電力逆變轉換為交流電力；監測與計量電路(6)，監測和計量由DC/AC電路(5)輸出的交流電力電量與電力參數；交流電力功率調配模塊(7)，對DC/AC電路(5)輸出的交流電力，按設置的閾值或控制指令進行功率調配；
孤島效應信號檢測電路(8)，監測電網運行是否正常，在異常時切斷電控開關(9)； 電控開關(9)，受控執行并網電力路徑的連通與切斷；
安全保護電路(10)，對電網和本系統進行安全保護；
系統調控模塊(11)，采集和處理監測及計量電路的信號參數，分析、判斷和生成相應控制指令；
系統總線(12)，是系統調控模塊(11)與各電路模塊連接并實施控制的線路；
太陽能電力接入端(13)，連接太陽能發電組件；
蓄電池及直流電力輸入端(14)，連接蓄電池及直流供電端口 ；
直流電力輸出端(15)，將最大發電功率的太陽能電力輸出的端口 ；
交流負載輸出端(16),連接交流負載的端口 ；
交流并網輸出端(17)，本系統并網供電的輸出端口 ；
系統電源(18)，保障本系統正常運行供電的電源；
系統面板(19)，人工操控界面和顯示系統運行信息；
直流監測保護電路(20)，對直流接入進行監測并保護系統；
交流監測保護電路(21)，對交流負載接入進行監測并對系統進行安全保護；其特征是太陽能發電組件接入太陽能電力接入端(13)，經過監測保護電路⑴、MPPT及DC/DC電路⑵、直流電力調配模塊(3)、升壓電路⑷、DC/AC電路(5)、監測與計量電路(6)、交流電力功率調配模塊(7)、孤島效應信號檢測電路(8)、電控開關(9)、安全保護電路(10)連接交流并網輸出端(17)，由交流并網輸出端(17)與網電相連，構成太陽能電力至電網的并網供電路徑，實現并網發電；太陽能發電組件接入太陽能電力接入端(13)，經過監測保護電路(I)、MPPT及DC/DC電路⑵、直流電力調配模塊(3)、升壓電路⑷、DC/AC電路(5)、監測與計量電路(6)連接交流電力功率調配模塊(7)，由交流電力功率調配模塊(7)受控連接交流監測保護電路
(21)及交流負載輸出端(16)，并由交流負載輸出端(16)與用戶交流負載相連，構成太陽能電力至用戶交流負載的供電路徑，實現獨立或離網供電；太陽能發電組件接入太陽能電力接入端(13)，經過監測保護電路(I)、MPPT及DC/DC電路⑵連接直流電力調配模塊(3)，并由直流電力調配模塊(3)連接直流電力輸出端
(15)，構成太陽能電力及直流電力輸出路徑，實現太陽能發電組件所發電力的直流輸出；蓄電池及直流電力接入端(14)經過直流監測保護電路(20)連接直流電力調配模塊⑶，由直流電力調配模塊⑶經過升壓電路⑷、DC/AC電路(5)、監測與計量電路(6)連接交流電力功率調配模塊(7)，由交流電力功率調配模塊(7)受控連接交流監測保護電路(21)及交流負載輸出端(16)，構成蓄電池及直流電力至用戶交流負載的供電路徑，實現蓄電池及直流電力為用戶交流負載供電；系統調控模塊(11)通過系統總線(12)與監測保護電路(I)、MPPT及DC/DC電路
(2)、直流電力調配模塊(3)、監測與計量電路￠)、交流電力功率調配模塊(7)、孤島效應信號檢測電路(8)、安全保護電路(10)和系統面板(19)及系統電源(18)相連，實施信號采集和電力調控指揮。圖3給出的一種 多用途自適應逆變器的構造與方法，其特征是系統面板(19)具有信號顯示和鍵控裝置并與系統調控模塊(11)相連，系統調控模塊(11)通過系統面板(19)顯示系統運行信息，并接受人工操控指令。所述一種多用途自適應逆變器的構造與方法，其特征是系統調控模塊(11)，對太陽能發電時段進行調控(不發電視同發電不足)，采取網電正常模式和網電異常模式兩種控制模式，即在網電正常模式時，在直流電力輸出端(15)無用電需求情況下，由系統調控模塊
(11)分析判斷發電大于用電時，生成調控指令使交流電力功率調配模塊(7)將多余電力并網輸出，在直流電力輸出端(15)有用電需求情況下，生成調控指令，使直流電力調配模塊
(3)連通直流電力輸出端(15)，將多余的太陽能電力通過直流電力輸出端(15)輸出；由系統調控模塊(11)分析判斷發電小于用電時，由系統調控模塊(11)生成調控指令使直流電力調配模塊(3)連通蓄電池及直流電力接入端(14)，由蓄電池及直流電力通過相應電力路徑供電給用戶負載，若監測到連通蓄電池及直流電力接入端(14)電力不足時，由系統調控模塊(11)通過系統面板(19)提示用戶切換到網電供電；在網電異常模式，由孤島效應信號檢測電路(8)監測到網電故障時，自動控制驅動電控開關(9)使并網電力路徑斷開，同時通知系統調控模塊(11)，由系統調控模塊(11)生成調控指令使直流電力調配模塊(3)連通蓄電池及直流電力接入端(14)，由蓄電池及直流電力通過相應電力路徑供電給用戶負載，若監測到連通蓄電池及直流電力接入端(14)電力不足時，由系統調控模塊(11)通過系統面板(19)提示用戶切換到網電供電。
權利要求
1.一種多用途自適應太陽能逆變器的構造與方法，包括 監測保護電路(I)，對太陽能電力輸入的電力參數進行監測并對系統進行安全保護； MPPT及DC/DC電路(2)，調節和跟蹤太陽能電力的最大功率； 直流電力調配模塊(3)，按設置的閾值或控制指令調配直流電力的流通路徑； 升壓電路(4)，將直流電力的電壓，升至DC/AC電路(5)需要的輸入范圍； DC/AC電路(5)，將直流電力逆變轉換為交流電力； 監測與計量電路(6)，監測和計量由DC/AC電路(5)輸出的交流電力電量與電力參數；交流電力功率調配模塊(7)，對DC/AC電路(5)輸出的交流電力，按設置的閾值或控制指令進行功率調配； 孤島效應信號檢測電路(8)，監測電網是否正常，在異常時切斷電控開關(9);電控開關(9)，受控執行并網電力路徑的連通與切斷； 安全保護電路(10)，對電網和本系統進行安全保護； 系統調控模塊(11)，采集和處理通信、鍵控、監測及計量電路的信號參數，分析、判斷和生成相應控制指令； 系統總線(12)，是系統調控模塊(11)與各電路模塊連接并實施控制的線路； 太陽能電力接入端(13)，連接太陽能發電組件； 蓄電池及直流電力輸入端(14)，連接蓄電池及直流供電端口 ； 直流電力輸出端(15)，將最大發電功率的太陽能電力輸出的端口 ； 交流負載輸出端(16),連接交流負載的端口 ； 交流并網輸出端(17)，本系統并網供電的輸出端口 ； 系統電源(18)，保障本系統正常運行供電的電源； 系統面板(19)，人工操控界面和顯示系統運行信息； 直流監測保護電路(20)，對直流接入進行監測并保護系統； 交流監測保護電路(21)，對交流負載接入進行監測并對系統進行安全保護； 其特征是太陽能發電組件接入太陽能電力接入端(13)，經過監測保護電路(1)、MPPT及DC/DC電路(2)、直流電力調配模塊(3)、升壓電路(4)、DC/AC電路(5)、監測與計量電路(6)、交流電力功率調配模塊(7)、孤島效應信號檢測電路(8)、電控開關(9)、安全保護電路(10)連接交流并網輸出端(17)，由交流并網輸出端(17)與電網相連，構成太陽能電力至電網的并網供電路徑，實現并網發電； 太陽能發電組件接入太陽能電力接入端(13)，經過監測保護電路(l)、MPPT&DC/DCi路(2)、直流電力調配模塊(3)、升壓電路(4)、DC/AC電路(5)、監測與計量電路(6)連接交流電力功率調配模塊(7)，由交流電力功率調配模塊(7)受控連接交流監測保護電路(21)及交流負載輸出端(16)，并由交流負載輸出端(16)與用戶交流負載相連，構成太陽能電力至用戶交流負載的供電路徑，實現獨立或離網供電； 太陽能發電組件接入太陽能電力接入端(13)，經過監測保護電路⑴、MPPT及DC/DC電路⑵連接直流電力調配模塊(3)，并由直流電力調配模塊(3)連接直流電力輸出端(15)，構成太陽能電力及直流電力輸出路徑，實現太陽能發電組件所發電力的直流輸出； 蓄電池及直流電力接入端(14)經過直流監測保護電路(20)連接直流電力調配模塊(3)，由直流電力調配模塊(3)經過升壓電路⑷、DC/AC電路(5)、監測與計量電路(6)連接交流電力功率調配模塊(7)，由交流電力功率調配模塊(7)受控連接交流監測保護電路(21)及交流負載輸出端(16)，構成蓄電池及直流電力至用戶交流負載的供電路徑，實現蓄電池及直流電力為用戶交流負載供電； 系統調控模塊(11)通過系統總線(12)與監測保護電路(I)、MPPT及DC/DC電路(2)、直流電力調配模塊(3)、監測與計量電路(6)、交流電力功率調配模塊(7)、孤島效應信號檢測電路(8)、安全保護電路(10)和系統面板(19)及系統電源(18)相連，實施信號采集和電力調控指揮。
2.根據權利要求I所述一種多用途自適應逆變器的構造與方法，其特征是系統面板(19)具有信號顯示和鍵控裝置并與系統調控模塊(11)相連，系統調控模塊(11)通過系統面板(19)顯示系統運行信息，并接受人工操控指令。
3.根據權利要求I所述一種多用途自適應逆變器的構造與方法，其特征是系統調控模塊(11)，對太陽能發電時段進行調控(不發電視同發電不足)，采取網電正常模式和網電異常模式兩種控制模式，即 在網電正常模式時，在直流電力輸出端(15)無用電需求情況下，由系統調控模塊(11)分析判斷發電大于用電時，生成調控指令使交流電力功率調配模塊(7)將多余電力并網輸出，在直流電力輸出端(15)有用電需求情況下，生成調控指令，使直流電力調配模塊(3)連通直流電力輸出端(15)，將多余的太陽能電力通過直流電力輸出端(15)輸出；由系統調控模塊(11)分析判斷發電小于用電時，由系統調控模塊(11)生成調控指令使直流電力調配模塊(3)連通蓄電池及直流電力接入端(14)，由蓄電池及直流電力通過相應電力路徑供電給用戶負載，若監測到連通蓄電池及直流電力接入端(14)電力不足時，由系統調控模塊(11)通過系統面板(19)提示用戶切換到電網供電； 在網電異常模式，由孤島效應信號檢測電路(8)監測到網電故障時，自動控制驅動電控開關(9)使并網電力路徑斷開，同時通知系統調控模塊(11)，由系統調控模塊(11)生成調控指令使直流電力調配模塊(3)連通蓄電池及直流電力接入端(14)，由蓄電池及直流電力通過相應電力路徑供電給用戶負載，若監測到連通蓄電池及直流電力接入端(14)電力不足時，由系統調控模塊(11)通過系統面板(19)提示用戶切換到電網供電。
全文摘要
本發明屬于太陽能、風能及新能源電力與供電技術領域，具體涉及一種多用途自適應太陽能逆變器的構造與方法。本發明利用監測電參數進行判斷調控，通過直流調配模塊使太陽能電力，蓄電池電力直流輸入電力以及太陽能電力的輸出路徑等多個電力路徑均能受控連接升壓電路或DC/AC電路模塊，同時還可通過交流調配模塊使DC/AC輸出的交流電力受控連接并網輸出端和負載輸出端，實現多路徑多模式受控自適應工作和運行，本發明技術方案與現有技術方案相比較，按硬件規模估算，至少節省40％的逆變裝置的硬件，節省了成本，減少了耗損，節約了安裝空間。
文檔編號H02J3/38GK102931675SQ20111022846
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月11日 優先權日2011年8月11日
發明者周錫衛 申請人:周錫衛