专利名称：预装式光伏变电箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光伏配电箱，特别是预装式光伏变电箱。
背景技术：
太阳能发电作为一种新的能源正在勃勃兴起，随着光电材料的改进和发电效率的 提高，取代火电是一种必然趋势。不过，现有太阳能发电装置中汇流单元、直流控制单元和 光伏发电并网逆变器三个部分是相互独立的，在装配过程中分别连接到太阳能发电系统的 总线路中，如果三个部分分别由不同厂家生产，在装配过程中有时会出现接口不对应，型号 不匹配等问题，会对整个太阳能发电系统的建设造成阻碍，并且由于三者之间的不匹配必 然对整个太阳能发电系统的工作造成影响。
实用新型内容针对现有技术中所存在的问题，本实用新型提供一种预装式汇流箱，该预装汇流 箱将汇流单元、直流控制单元和光伏发电并网逆变器三部分在集成到一起，作为一个整体 使用或出售，并根据各个电网的不同需求定制不同的型号，避免了由于三者型号不匹配，或 相互之间的接口不匹配而造成的对太阳能发电系统的影响，该产品实现将传统的汇流箱、 直流配电箱和逆变器柜封装到一起，实现了光伏电站模块化和标准化。并且使安装过程变 得十分方便快捷。预装式光伏变电箱由汇流单元、直流控制单元和光伏发电并网逆变器三部分组 成，三者依次串联在一起，其输入端接太阳能组件，输出端接升压变压器并网或者直接连接 负载用户。进一步，所述直流控制单元与所述光伏发电并网逆变器之间的电路中并联有防雷
o进一步，所述汇流单元由直流正极保险丝座与保险丝、汇流铜排、直流断路器、直 流负极保险丝座与保险丝、进线端子排、直流汇流输出端子和辅助保护装置构成；光伏组件 发出的电流正负极首先分别经过进线端子排正负极，然后分别经过直流正极保险丝座与保 险丝和直流负极保险丝座与保险丝连接到汇流铜排输入端正负极，再分别连接到直流断路 器的输入端正负极，最后通过直流汇流输出端子进行输出。进一步，所述辅助保护装置包括接地端子、防水接头、防雷器和通讯/电流检测 板。进一步，所述直流控制单元包括防反二极管、正极直流母线铜排、负极直流母线铜 排、电压表、避雷器和接地装置；汇流箱断路器输出端子正极接直流配电箱的防反二极管， 然后接正极直流母线铜排，汇流箱断路器输出端子负极直接接到直流配电箱的负极直流母 线铜排，直流母线铜排正负极分别接电压表的正负极、接避雷器后连接直流输出端子DC+ 和DC-进入并网逆变器的输入端子光伏发电并网逆变器。进一步，所述光伏发电并网逆变器由电压源型逆变器、控制保护单元、人机接口组
3成；所述控制保护单元和所述电压源型逆变器相连接，所述人机接口与控制保护单元串联 连接。进一步，所述电压源型逆变器由串接在一起的滤波器，三相电压源型逆变器和EMC 滤波器构成；由直流控制单元输出的直流电源首先经过所述EMC滤波器进入所述三相电压 源型逆变器，三相电压源型逆变器将直流转换成交流电经过滤波器输出到电网。进一步，所述人机接口包括触摸屏和后台处理装置；所述触摸屏、所述控制保护单 元和所述后台处理装置依次串联连接。进一步，所述控制保护单元和所述电压源型逆变器通讯采集电能数据。预装式光伏变电箱将汇流单元、直流控制单元和光伏发电并网逆变器三个单元有 机组合到一起。可根据实际需求设置各组件的规格以适应不同规模的光伏电站，可实现从 100KW到10000KW光伏电站可以直接采用，输出的电能电压稳定、三相电流平衡、谐波小，完 全满足国家规定的电能质量标准。
图1为预装式光伏变电箱电路连接总图；图2为汇流单元电路图；图3为光伏发电并网逆变器电路图。
具体实施方式
如图1所示，预装式光伏变电箱的输入端接太阳能光伏组件，其输出端接升压变 压器并网或者直接连接负载用户。主要由汇流单元1、直流控制单元2和光伏发电并网逆变 器3三部分组成，三者依次串联在一起，并在直流控制单元2与光伏发电并网逆变器3之间 的电路中并联有防雷器4。汇流单元汇流单元1可将一定数量规格相同的光伏组件串联组成一个光伏串列，再将若干 个光伏串列并列接入汇流单元，最后通过带有防雷器和断路器的直流配电单元输出，方便 了后续逆变器单元的接入。如图2中所示，汇流单元主要由直流正极保险丝座与保险丝(图中所示的PV熔断 器)11、接地端子12、防水接头(图中未显示)、通讯/电流检测板13、汇流铜排(图中未 显示)、直流断路器14、防雷器15、直流负极保险丝座与保险丝16、进线端子排(图中未显 示)和直流汇流输出端子17等构成。光伏组件发出的电流正负极首先分别经过进线端子 排正负极，然后分别经过直流正极保险丝座与保险丝和直流负极保险丝座与保险丝(PV熔 断器)11、16连接到汇流铜排输入端正负极，再分别连接到直流断路器14的输入端正负极， 最后通过直流汇流输出端子7进行输出。汇流箱中还设置有辅助保护装置该辅助保护装置由接地端子12、防水接头、防 雷器15和通讯/电流检测板13组成。其中防雷器15为光伏专用高压防雷器，其正极负极都 具备防雷功能。短路保护短路保护用于检测直流总线上的短路故障，或者是防雷器短路 当电压小于设定值时，进行总电流判断，总电流超过设定值时，开启保护动作。电流不平衡 保护电流不平衡保护用于检测组串电流异常，当某一路组串电流的不平衡度超过设定值，且至少有1路电流大于无流闭锁电流门槛时，经设定延时，保护动作，每路电流都有独立的 故障标志位。电流不平衡度的计算方法如下第n路不平衡度=|第n路电流-有效串流电流平均值|*100% /有效串流电流 平均值。缺相保护缺相保护用于检测保险丝开路或其他缺相故障。当总线电压大于一定 值时，进行电流的判断，如果某一路对应的电流为0，则保护动作，每路电流都有独立的故障 标志位。电流偏差3段保护电流偏差3段保护用于对电压分段进行电流偏差的的检测。 每段保护可设定对应的电压段，当总线电压落在这个段上时，对各组串电流进行检测，如果 电流低于设定下限或高于设定上限，说明电流偏差异常，保护动作，每路电流都有独立的故 障标志位。过压保护当防雷器开路失效时，如果电压值增大，电压不会被钳制在设定电压 而会飙升至一个较大值；过压保护即是判断防雷器开路的保护。汇流箱还包含有电流监控与通讯功能，通讯端子18 RS485接口接监控中心主机， 主机装有信息显示的软件，通过通讯端子18 RS485接口将汇流箱通过的电压、电流、温度等 信息上传到监控中心服务器主机显示出来，通过分析软件实现测量显示。当发生过电压、短 路等故障时，也就当电压或电流大于某一数值时，电压或电流继电器动作，同样通过6继电 器输出和通讯端子18 RS485接口上传到主机。直流控制单元如图1所示直流控制单元原理接线图，直流控制单元由防反二极管21、正极直流 母线铜排22、负极直流母线铜排23、电压表24、接地装置25等组成，实现光伏串列产生的 电流的收集和控制。其连接关系为汇流箱断路器输出端子正极接直流配电箱的防反二极 管21，然后接正极直流母线铜排22，汇流箱断路器输出端子负极直接接到直流配电箱的负 极直流母线铜排23，直流母线铜排正负极22和23分别接电压表24的正负极、接防雷器4 后连接直流输出端子DC+和DC-进入光伏发电并网逆变器3。光伏发电并网逆变器主要由电压源型逆变器、控制保护单元、人机接口等组成。人机接口包括触摸屏和 后台处理装置；控制保护单元和逆变器相连接，采集电能数据，触摸屏和后台处理装置与控 制保护单元串联连接。电压源型逆变器的作用为将光伏阵列发出的直流转换成交流输送 到电网；逆变器的控制保护单元是光伏发电并网逆变器的核心部件，包含了高低频滤波器 和补偿装置，其主要作用是控制主功率回路动作时序，实时对系统进行欠/过压、偏频、短 路和防孤岛等保护；人机接口主要用于系统重要参数设置和信息显示。图3为光伏发电并网逆变器主电路结构图，由三相电压源型逆变器31、EMC滤波器 33及输出滤波器32构成。直流控制单元输出的直流电源首先经过EMC滤波器33进入逆变 器，逆变器将直流转换成交流电经过滤波器32输出到电网。图3中的控制保护单元34和 逆变器通讯来采集电能数据，通过触摸屏35 该触摸屏包含汇流单元中LED显示部分；将处 理结果传送给后台36 即汇流单元中监控中心服务器主机中存储。本实用新型中的逆变器共有最大功率点跟踪、恒功率、恒电压、恒电流及无功功率 调节等五种工作模式，用户可根据需要进行选择。1)最大功率点跟踪该模式下，逆变器以最大功率并网发电。[0033]2)恒功率恒功率模式下，逆变器能按照电力系统的调度指令以固定功率并网发电，功率值 大小在线连续可调。3)恒电压恒电压模式下，逆变器直流母线电压为固定值。对单晶硅、多晶硅材料的电池阵 列，其值通常为开路电压的0. 8倍；对薄膜材料的电池阵列，其值为开路电压的0. 7倍。4)恒电流恒电流模式下，逆变器以恒定电流并网发电，该电流值大小在线连续可调。5)无功功率调节无功功率调节模式下，逆变器在输出有功的同时输出部分无功功率，根据需要对 功率因数进行在线连续调节。该模式下应保证总的视在容量不超过逆变器额定容量。预装式光伏变电箱将三个单元有机组合到一起，不同的型号系列适应不同规模的 光伏电站，从100KW到10000KW光伏电站可以直接采用，输出的电能电压稳定、三相电流平 衡、谐波小，完全满足国家规定的电能质量标准。另外本实用新型中所公开的预装式光伏变 电箱适用于荒漠供电困难问题，宽电压开关电源，可直接从直流总线取电，免去外部供电电 源。
权利要求1.一种预装式光伏变电箱，其输入端接太阳能组件，输出端接升压变压器并网或者直 接连接负载用户；其特征为所述预装式光伏变电箱由依次串联在一起的汇流单元、直流 控制单元和光伏发电并网逆变器三部分组成。
2.根据权利要求1中所述预装式光伏变电箱，其特征为所述直流控制单元与所述逆 变器并网单源之间的电路中并联有防雷器。
3.根据权利要求1中所述预装式光伏变电箱，其特征为所述汇流单元由直流正极保 险丝座与保险丝、汇流铜排、直流断路器、直流负极保险丝座与保险丝、进线端子排和直流 汇流输出端子和辅助保护装置构成；光伏组件发出的电流正负极首先分别经过进线端子排 正负极，然后分别经过直流正极保险丝座与保险丝和直流负极保险丝座与保险丝连接到汇 流铜排输入端正负极，再分别连接到直流断路器的输入端正负极，最后通过直流汇流输出 端子进行输出。
4.根据权利要求3中所述预装式光伏变电箱，其特征为所述辅助保护装置包括接地 端子、防水接头、防雷器和通讯/电流检测板。
5.根据权利要求1中所述预装式光伏变电箱，其特征为所述直流控制单元包括防反 二极管、正极直流母线铜排、负极直流母线铜排、电压表、避雷器、接地装置；汇流箱断路器 输出端子正极接直流配电箱的防反二极管，然后接正极直流母线铜排，汇流箱断路器输出 端子负极直接接到直流配电箱的负极直流母线铜排，直流母线铜排正负极分别接电压表的 正负极、接避雷器后连接直流输出端子DC+和DC-进入并网逆变器的输入端子光伏发电并 网逆变器。
6.根据权利要求1中所述预装式光伏变电箱，其特征为所述光伏发电并网逆变器由 电压源型逆变器、控制保护单元、人机接口组成；所述控制保护单元和所述电压源型逆变器 相连接，所述人机接口与控制保护单元串联连接。
7.根据权利要求6中所述预装式光伏变电箱，其特征为所述电压源型逆变器由串接 在一起的滤波器，三相电压源型逆变器和EMC滤波器构成；由直流控制单元输出的直流电 源首先经过所述EMC滤波器进入所述三相电压源型逆变器，三相电压源型逆变器将直流转 换成交流电经过滤波器输出到电网。
8.根据权利要求6中所述预装式光伏变电箱，其特征为所述人机接口包括触摸屏和 后台处理装置；所述触摸屏、所述控制保护单元和所述后台处理装置依次串联连接。
9.根据权利要求7中所述预装式光伏变电箱，其特征为所述控制保护单元和所述电 压源型逆变器之间通讯采集电能数据。
专利摘要一种预装式光伏变电箱，其输入端接太阳能组件，输出端接升压变压器并网或者直接连接负载用户；所述预装式光伏变电箱由依次串联在一起的汇流单元、直流控制单元和光伏发电并网逆变器三部分组成。预装式光伏变电箱将三个单元有机组合到一起，不同的型号系列适应不同规模的光伏电站，从100kW到10000kW光伏电站可以直接采用，输出的电能电压稳定、三相电流平衡、谐波小，完全满足国家规定的电能质量标准。
文档编号H02N6/00GK201789441SQ20102025312
公开日2011年4月6日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者段凤明, 薛黎明 申请人:中海阳(北京)新能源电力股份有限公司