太阳能光伏电力智能化系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能光伏电力智能化系统。
【背景技术】
[0002]德国在汉诺威工业博览会上提出工业4.0的概念，将传统工业生产与现代信息技术相接合，实现工厂智能化，以提高资源利用率，生产灵活，提升工业生产的商业价值。前提是在工业自动化基础上，实现从机器传感器到因特网通讯的无缝对接，生产自动化通过自我诊断、自我修正和功能最大化程序更加智能地辅助工人完成生产。
[0003]蒸汽机(代表第一次工业革命)、电气化(第二次工业革命)、自动化(第三次工业革命)、工厂智能化Factory Smart也是工业4.0 (第四次工业革命)。
[0004]清洁能源是可持续发展的必经之路，其中最有发展前景的主要能源之一是太阳能光伏发电，光伏能源上一层是智能化能源(光伏电力+智能化控制)组成光伏电力智能化系统，无论是新理论、新概念，还是当前最先进的科学技术领域，都是最先进的技术，它代表一种科学发展趋势和潮流。传统产业向新兴产业转型，工业4.0，是当今世界科学技术发展的必然。研究应用智能化系统集成，是当前在光伏产业中的重要关键环节，系统中关键模块的研究，如远距离信号传输、光伏发电模块、防反开关电路模块、逆变模块、滤波模块、测量模块，控制模块，整流储存模块等单元组成最佳智能化系统，特别是光伏电力智能化模块化集成系统，为楼宇(独立房屋)小型办公系统提供独立电源，这在世界上也是处于领先的研究课题，研发空间很大，而且市场前景非常广阔。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是重点解决太阳能光伏建筑一体化(BIPV)问题，提出一种太阳能光伏电力智能化系统。
[0006]太阳能光伏电力智能化系统，包括:光伏电池板阵列模块、光伏逆变单元模块、滤波单元、局域电网、控制单元、输入端电压检测模块、输出端电压检测模块、负载、可编程控制器、PAC仪表模块、人机对话模块、通讯交换机和工业用计算机；其中:所述光伏电池板阵列模块发出的直流电流进入光伏逆变单元模块；所述滤波单元与光伏逆变单元模块相连，对光伏逆变单元模块输出的交流电进行滤波；经滤波后的交流电与所述局域电网的交流电相连接；所述控制单元与光伏逆变单元模块相连接，用于实现电源控制；所述输入端电压检测模块连接滤波单元；所述输出端电压检测模块连接局域电网；所述负载连接局域电网；所述人机对话模块与可编程控制器相连；所述通讯交换机分别与控制单元、可编程控制器、人机对话模块和PAC仪表模块相连接；所述工业用计算机与可编程控制器相连接。
[0007]进一步地，所述光伏电池板阵列模块包括光伏电池板、光伏电池板支架、空气断路器、预充电回路和防反充二极管电路、第一断路器、第一熔断器和第一直流接触器。
[0008]进一步地，所述可编程控制器含有PR0FINET、高速运动控制I/O和模拟输入输出。
[0009]进一步地，所述光伏逆变单元模块与控制单元通过PR0FINET实现无缝连接。
[0010]进一步地，所述光伏逆变单元模块通过PR0FINET分别与输入端电压检测模块以及输出端电压检测模块相连，并含有第二断路器。
[0011]进一步地，所述滤波单元中含有第三断路器、第二熔断器及第二直流接触器。
[0012]进一步地，所述控制单元是CPU控制模块。
[0013]进一步地，所述输入端电压检测模块检测来自逆变器模块的信号，并含有第四断路器。
[0014]进一步地，所述输出端电压检测模块检测来自局域电网的信号，与逆变器模块相连，并含有第五断路器。
[0015]本发明提供的太阳能光伏发电供电智能化模块系统，采用智能化模块集成系统，通过工业以太网PR0FINET对各单元进行无缝连接，实行动态随机控制，形成智能化、全方位、最佳控制系统。对关键技术进行创新、设计、系统集成、试验、分析和研究，找到了光伏发电技术发展特点、发展趋势和技术关键，并针对光伏发电系统的研究方向及开发能力、进行了基础研究和工程研究，选用世界最先进的电气元器件，集成最佳系统，经过对设计方案的无数次修改，实际组成系统试验，将各个模块进行最佳集成，将复杂系统和简单系统相结合，经过小试、中试现场实际测试，能够适应环境的实际需求，解决了光伏发电中的智能化控制(SMART CONTROLLER)问题，使光伏建筑一体化进程达到电能效率高转化率、运行高可靠性、系统高智能化，并且投入成本降低、易于安装、易于维护、易于运行，具有效率高、运行可靠、生命周期长等优点，同时可以减少二氧化碳排放，可循环利用清洁能源。本发明的太阳能光伏电力智能化系统的技术处于国际光伏技术发展的前沿，引领该领域的发展方向。
【附图说明】
[0016]图1所示为本发明的太阳能光伏电力智能化系统原理图。
[0017]图2所示为本发明的太阳能光伏电力智能化系统的光伏阵列示意图。
[0018]图3所示为本发明的太阳能光伏电力智能化系统的PLC可编程控制单元系统拓扑图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]如图1所示为本发明的太阳能光伏电力智能化系统原理图，其中:光伏电池板阵列，其能够以最短距离用最少的导线连接最多的光伏电池板，采用最佳矩阵排列将多个光伏电池板组合而成，以减少线损耗，智能化模块组合(根据负载动态随机模块化组合)；光伏电池板支架(图中未示出)包括太阳光跟踪系统，主要分为手动(简洁易操作、可靠、无电能量消耗)和自动(结构复杂、精度高、全时段、有电能消耗)跟踪系统，本系统采用的是可以根据不同环境、季节变化(重点是太阳仰角变化)进行手动调节使用角度的光伏电池板支架；光伏电池板支架(图中未示出)还包括底座和设置在底座上的支撑架，根据季节的变化，12个月对应12个角度，底座上有12个档位，分别为I档、2档……11档、12档，分别对应I月、2月……11月、12月，用于在每个月中调整光伏电池板与太阳光的照射形成最佳辐射角度，根据太阳转动角度，调节光伏板与太阳最佳角度系统，随机转换控制模式，使光伏电池板始终处在最佳与太阳的夹角，从而获取最大能量，可提尚发电效率30%以上。
[0021]空气断路器QFl控制直流电源主电路的接通和断开。接触器和熔断器组成开关保护电路，主要接光伏阵列发出的直流电源的开通和关闭，同时对直流主电路中，如遇短路、过载等特殊情况进行保护。预充电回路和防反充二级管电路，白天光伏板发出的大量直流电流直接通过接触器接点直接进入逆变器输入模块；晚上由于光伏电池发电系统处在非发电状态，外部电流反向冲击，易造成光伏元件的损坏，所以加装二极管，利用二极管的单向性，防止电流回流，从而减少线损和保护光伏器件依次循环；防反充开关电路，输入端与光伏阵列相连，输出端与逆变模块相接，用于将太阳能光能转变成直流电，并通过防反向电流控制电路模块，连接DC到AC，防止光伏板在晚上产生的电流电压低于供给负载的电压电流；断路器QF2用于防止直流侧主电路电流过载；熔断器FUl用于防止主电路电流过载；直流接触器KMl用于将开关直流侧供给光伏逆变单元模块ALM的输入端，加装电阻RO (120欧，50W)，组成缓冲电路，使光伏逆变单元模块ALM中的电容电路得到缓冲；熔断器FUl与2相小型断路器QFLOl相连接，2相小型断路器QFLOl另一端与电阻RO相连接。光伏电池板阵列模块发的直流电为输入，通过光伏逆变单元模块ALM(ALM为ACTIVE LINE MODULE，主动型电源模块的缩写)变成交流电，直流输入为600V，逆变成的三相交流电的电压为380V，频率为50HZ，相位差为120° ;断路器QF2用于防止直流侧主电路电流过载。实际电路分别与防反充开关电路相连接，用于将光伏电池板发出的直流电转换成交流电，并通过对最大功率点MPPT的跟踪，实时检测太阳能光伏电池板的发电电压、电流，追踪最高电压电流值，使太阳能光伏电池板以最大功率输出；米用VVVF(Variable Voltage&Variable Frequency，可变电压&可变频率)改变电压、频率，三相桥式逆变器输出端分别位于三组开关的中点，取两两之间的电位差得到三个相电压，三组六个开关顺序，逆变可得到幅值相等、频率相等、相位差120°的三相交流信号。通过电压检测模块，依靠数学模型对电压参数进行自动识另IJ，计算出实际值，对逆变开关状态进行自动控制。系统中通过PR0FINET使光伏逆变单元模块ALM与控制单元实现无缝连接、物理上的连接、数据传输和智能化控制。
[0022]早晨日出后，太阳辐射强度逐渐增强，太阳能光伏电池板的输出也随之增大，当达到逆变器工作所需的输出功率后，光伏逆变单元模块即自动开始运行。进入运行后，逆变单元便时时刻刻监视太阳电池组件的输出，只要太阳电池组件的输出功率大于逆变单元工作所需的输出功率，逆变单元就持续运行；直到日落停机，即使阴雨天逆变单元也能运行。当太阳电池组件输出变小，逆变单元输出接近低于额定值时，逆变模块便形成待机状态。太阳电池组件的输出是随太阳辐射强度和太阳电池组件自身温度(芯片温度)而变化的。另外由于太阳电池组件具有电压随电流增大而下降的特性，因此存在能获取最大功率的最佳工作点。太阳辐射强度是变化着的，显然最佳工作点也是在变化的。相对于这些变化，始终让太阳电池组件的工作点处于最大功率点，系统始终从太阳电池组件获取最大功率输出，这种控制就是最大功率跟踪控制。本发明的太阳能发电系统用的逆变器的最大特点就是具有最大功率点跟踪(MPPT)这一功能。
[0023]滤波单元A頂(AM为ACTIVE INTERFACE MODULE有源接口模块的缩写)用于将光伏逆变单元模块ALM输出的交流电进行滤波后使其交流正弦波形更加接近于或等于电网波形，包括频率等于50赫兹(50/60HZ)，UVW相电压峰值功率等各项数值相等(它没有PROFINET和PROFIBUS接口)，其在主电路中与光伏逆变单元模块ALM相连，输入交流电，并通过对交流电正弦波进行滤波，将交流电变成标准的50HZ，调整正弦波形(包括幅度)，提升交流电源质量；滤波单元AIM与光伏逆变单元模块ALM之间通过断路器QF3相连接，以便更好的连接和保护主电路中的滤波单元A頂与光伏逆变单元模块ALM，起到控制开关和保护的作用；滤波单元A頂输出端连