直驱设备供电投切设备和发电系统的制作方法

本申请涉及发电供电技术领域，特别是涉及一种直驱设备供电投切设备和发电系统。

背景技术：

随着分布式能源的不断发展，光伏发电技术、电力电子技术的快速进步，以及光伏发电成本的降低和全球对清洁能源的需求，直流微电网的应用也日趋成熟，因此直流电的运用与发展必将随着新能源的快速发展而逐渐步入寻常家庭，对于直流化过程中产生的光伏直驱设备的研究需求也越来越重要。

传统的光伏发电系统，利用光伏发电对光伏直驱设备进行供电，并将多余的电量转换为交流电后流向电网，再经由电网向其他光伏直驱设备供电。由于电能经过直流-交流-直流的转换，会造成能量损耗，传统的光伏发电系统会降低直驱设备的能源利用率。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的光伏发电系统会降低直驱设备的能源利用率的问题，提供一种可提高直驱设备的能源利用率的直驱设备供电投切设备和发电系统。

一种直驱设备供电投切设备，包括直驱设备、发电设备和汇流装置，所述汇流装置连接所述发电设备，并连接两个或两个以上的所述直驱设备，所述汇流装置用于调节所述直驱设备由所述发电设备提供的发电功率、所述直驱设备的用电功率之间的能量流平衡。

一种发电系统，包括控制装置和上述直驱设备供电投切设备，所述控制装置连接所述直驱设备供电投切设备中的汇流装置。

上述直驱设备供电投切设备和发电系统，通过汇流装置控制直驱设备由发电设备提供的发电功率、直驱设备的用电功率之间的能量流平衡，从而使工作效率最大化，避免了传统的光伏发电系统中对电能进行转换所造成的能量损耗，提高了直驱设备的能源利用率。

附图说明

图1为一实施例中直驱设备供电投切设备的结构框图；

图2为一实施例中直驱设备供电投切设备的结构原理图；

图3为一实施例中直驱设备供电投切设备的工作原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，提供了一种直驱设备供电投切设备，如图1所示，该设备包括汇流装置110、直驱设备120和发电设备130，汇流装置110连接发电设备130，并连接两个或两个以上的直驱设备120。汇流装置110用于调节直驱设备120由发电设备130提供的发电功率、直驱设备120的用电功率之间的能量流平衡。

其中，汇流装置110的数量并不唯一，可以是一个、两个或两个以上，具体可根据实际需求调整。直驱设备120即指利用直流电供电的设备，发电设备130用于输出直流电并通过汇流装置110输送至对应的直驱设备120，发电设备130具体可包括光伏组件、风力发电组件和储能设备等。在一个实施例中，发电设备130为光伏组件，对应地，直驱设备120为光伏直驱设备。通过汇流装置110切换连接至光伏直驱设备的光伏组件，使光伏直驱设备由光伏组件提供的发电功率、光伏直驱设备的用电功率之间的能量流平衡。

汇流装置110调节直驱设备120由发电设备110提供的发电功率、直驱设备120的用电功率之间的能量流平衡，可以是工作人员根据对直驱设备120侧检测到的发用电功率数据，控制汇流装置110切换连接至直驱设备120的发电设备130来实现，也可以是由外部控制装置根据检测到的发用电功率发送的投切指令，控制汇流装置110切换连接至直驱设备120的发电设备130来实现。

汇流装置110连接的发电设备130的数量也并不唯一，可以是一个或多个。直驱设备120的数量可以是两个或两个以上，如图1所示，以汇流装置110的数量为两个为例，如果直驱设备120的数量为两个，则可以是各汇流装置110均连接这两个直驱设备120，根据接收的指令切换发电设备130接入到对应的直驱设备120。如果直驱设备120的数量为两个以上，则汇流装置110可以连接直驱设备120中的至少两个，根据接收的指令切换发电设备130的接入。

在一个实施例中，汇流装置110接收控制装置根据检测到的直驱设备120由发电设备130提供的发电功率、直驱设备120的用电功率发送的投切指令，根据投切指令切换连接至直驱设备120的发电设备130，以使直驱设备120由发电设备130提供的发电功率、直驱设备120的用电功率之间的能量流平衡。

具体地，控制装置接收检测装置采集得到的数据确定直驱设备120由发电设备130提供的发电功率、直驱设备120的用电功率。根据检测装置的类型不同，控制装置获取发电功率和用电功率的方式也不唯一，如果检测装置是电压表和电流表，则控制装置根据电压表和电流表采集得到的电压U、电流I计算得到各直驱设备120由发电设备130提供的发电功率以及直驱设备120的用电功率；如果检测装置是功率计，则控制装置可直接接收功率计采集得到的功率P，得到各直驱设备120由发电设备130提供的发电功率以及直驱设备120的用电功率。

在一个实施例中，汇流装置110根据投切指令将直驱设备120中接入的发电功率大于用电功率的直驱设备120所连接的发电设备130切换至其他直驱设备。具体地，控制装置在检测到存在直驱设备接收的发电功率大于其用电功率时，则发送投切指令至汇流装置110，汇流装置110根据投切指令将接收的发电功率大于用电功率的直驱设备120所接入的发电设备130切换至其他直驱设备120，从而优化对各直驱设备120的供能，无需将多余的电能进行转换接入电网。

在一个实施例中，如图2所示，直驱设备120包括第一直驱设备和第二直驱设备。汇流装置110包括投切开关，投切开关包括第一开关和第二开关，第一开关和第二开关均包括动触点、第一静触点和第二静触点，投切开关中第一开关的动触点和第二开关的动触点连接发电设备130，投切开关中第一开关的第一静触点和第二开关的第一静触点均连接第一直驱设备，投切开关中第一开关的第二静触点和第二开关的第二静触点均连接第二直驱设备。投切开关的具体类型并不唯一，本实施例中，投切开关为采用磁吹弧进行直流灭弧设计的投切开关，使用安全可靠。

为便于理解，以发电设备130为光伏组件为例进行解释说明。具体地，投切开关中第一开关的动触点和第二开关的动触点连接光伏组件串，光伏组件串数量可以是一个或多个。其中，以设备A指代第一直驱设备，设备B指代第二直驱设备。如图2所示，汇流装置110的数量为8个，各汇流装置110的投切开关分别为K1、…、K8。光伏组件串由光伏组件串联组成，每一个光伏组件串可以是由10、20或22块光伏组件串联得到，具体数量根据工程设计决定。各投切开关均连接至设备A和设备B，且分别连接光伏组件串PV1、PV2、…、PV15和PV16中的两组光伏组件串。以投切开关K1为例，投切开关K1中的第一开关的动触点和第二开关的动触点连接光伏组件串PV1和光伏组件串PV2，投切开关K1中第一开关的第一静触点和第二开关的第一静触点均连接至设备A，投切开关K1中第一开关的第二静触点和第二开关的第二静触点均连接至设备B。

其中，第一开关和第二开关与发电设备130的具体连接方式并不唯一，本实施例中，投切开关中第一开关的动触点连接发电设备130的负极，第二开关的动触点连接发电设备130的正极。对应地，同样以投切开关K1为例，投切开关K1中第一开关的动触点连接光伏组件串PV1的负极PV1-和光伏组件串PV2的负极PV2-，第二开关的动触点连接光伏组件串PV1的正极PV1+和光伏组件串PV2的正极PV2+。

进一步地，汇流装置110还包括二极管，投切开关中第一开关的动触点通过二极管连接发电设备130的负极，且二极管的阳极连接第一开关的动触点。二极管作为防反二极管，可防止光伏组件输出的电能倒流，提高了直驱设备供电投切设备的使用安全性。具体如图2，投切开关K1中第一开关的动触点通过二极管连接光伏组件串PV1的负极PV1-和光伏组件串PV2的负极PV2-。

在一个实施例中，汇流装置110还包括防雷装置112，防雷装置112连接投切开关与发电设备130的公共端，防雷装置112接地。进一步地，防雷装置112连接二极管的负极和投切开关中第二开关的动触点。通过在汇流装置110安装防雷装置112，同样可提高直驱设备供电投切设备的使用安全性。

具体地，当控制装置检测到设备A接入的发电功率大于其供电功率时，发送相应的投切指令至其中一汇流装置110，汇流装置110检测投切开关的状态，如果投切开关闭合在设备A端，则将投切开关切换至设备B。在进行一次投切操作之后，控制装置还可再次根据采集的数据进行判断，如果设备A接入的发电功率仍大于其供电功率，则控制下一个汇流装置110继续将投切开关切换至设备B。可以理解，若控制装置检测到设备A接入的发电功率小于或等于其供电功率时，汇流装置110若检测到投切开关闭合在设备A端，则此投切开关不动作。

需要说明的是，根据汇流装置110连接的直驱设备120的数量不同，汇流装置110内部的投切开关也可进行适应调整，例如汇流装置110连接三个直驱设备120时，则投切开关中的第一开关和第二开关可以是设置三个静触点来分别连接一直驱设备120，实现对三个直驱设备120所连接的发电设备130进行切换控制。

此外，各汇流装置110连接的发电设备130还可以包括储能设备或风力发电设备。具体地，设备通过汇流装置110接入光伏组件、储能设备、风力发电等新能源设备之间的协调互动，模糊化各种能源差异，实现各种直驱设备组成的系统的协调，达到各类能源优势互补的局面。可通过控制装置对需求侧资源负荷调整情况进行整体把控分析，下发指令对汇流装置110进行投切控制，消除了多电源、多回路直流系统设计的限制。

为便于更好地理解上述直驱设备供电投切设备，下面以对接入光伏直驱设备的光伏组件进行切换为例进行详细解释说明。

当两个光伏直驱设备同时安装后，整个光伏发电系统的光伏装机容量不足以满足两套系统的配电功率，使设备A的光伏组串设计为最大值，设备B未配置光伏发电系统。若设备A的光伏发电功率—用电功率大于零，控制装置作为智慧能源管理系统下达投切指令，从投切开关K1开始投切，从设备A投切到设备B；此时检测装置对设备A的发用电功率再次进行检测，若设备A的光伏发功率—用电功率仍大于零，投切开关K2投切到设备B；以此类推，检测装置对发用电功率不断检测，若设备A的光伏发电功率—用电功率小于零，停止投切。对于设备B也是相同的检测、运行逻辑。

如图2所示，以装机容量为102.08kW的光伏系统为例，光伏组件使用290Wp单晶双玻组件，光伏组件串为22块/串，共16串，每2串接入一汇流装置，共8个汇流装置。每个汇流装置控制12.76kW容量的投切。采用双电源、双线路的接线模式。设备A与设备B的直流侧额定功率均为120kW，其负载运行额定功率为100kW。初始状态下，102.08kW光伏系统通过K1-K8全部接入设备A，设备B接入光伏系统0kW。当设备A的工作负荷为30％功率运行，且光伏处于最佳发电状态时，设备A接入的发电功率>用电功率，此时控制装置对功率分配进行检测并下发指令，最终K1-K3接入设备A，K4-K8接入设备B时，设备A发电功率、用电功率达到平衡，使工作效率最大化。

传统的光伏直驱系统设计中，光伏系统中光伏组件的并联数一般按照逆变设备的额定功率设计。满配光伏系统的光伏直驱系统运行过程中，大多数运行工况下约有50％的时间对应的光伏发电功率>光伏用电功率，此时多发出的光伏电将会通过变流单元流向电网，其他光伏直驱设备将会通过变流设备再从电网取电，在能量流动过程需要经过直流到交流再到直流的转换，造成的能量损失为6％～8％。若采用本申请的控制策略，则可减少这部分损失。

上述直驱设备供电投切设备，通过汇流装置110控制直驱设备120由发电设备130提供的发电功率、直驱设备120的用电功率之间的能量流平衡，从而使工作效率最大化，避免了传统的光伏发电系统中对电能进行转换所造成的能量损耗，提高了直驱设备120的能源利用率。当发电设备130采用光伏组件时，可使得光伏组件并联数根据负载功率的变化，调整光伏组件并联的数量，使得多套光伏直驱系统最契合，光伏组件最大化接入，消除了多电源、多回路光伏系统设计的限制。

在一个实施例中，提供了一种发电系统，该系统包括控制装置和上述直驱设备供电投切设备，控制装置连接直驱设备供电投切设备中的汇流装置。其中，汇流装置的具体结构，以及与发电设备和直驱设备的连接关系在上述直驱设备供电投切设备中已经进行了详细解释说明，在此不再赘述。

控制装置根据检测装置检测的数据得到直驱设备由发电设备提供的发电功率、直驱设备的用电功率，并生成对应的投切指令至汇流装置。具体地，以检测装置采用智能电表采集直驱设备的电压电流数据为例，则控制装置根据智能电表采集得到的电压U和电流I计算得到各直驱设备由发电设备提供的发电功率以及直驱设备的用电功率。进一步地，若检测装置还可检测到直驱设备的无功功率Q，则控制装置根据电压U和电流I计算得到用电功率数据后，根据无功功率Q确定功率系数，并将计算得到的用电功率数据乘以功率系数得到直驱设备的用电功率。

在一个实施例中，控制装置还用于接收负载设备开关操作指令和/或上层设备控制指令，并根据接收的指令、检测到的直驱设备由发电设备提供的发电功率、直驱设备的用电功率以及预设的优先级顺序生成投切指令并发送至对应的汇流装置。

预设的优先级顺序并不唯一，本实施例中，优先级顺序为负载设备开关操作>上层设备控制命令>负载用电功率变化。具体地，控制装置在接收到负载设备开关操作指令时，根据负载设备开关操作指令输出投切指令控制汇流装置的切换操作，控制装置在未接收到负载设备开关操作指令、且接收到上层设备控制命令时，则根据上层设备控制命令输出投切指令控制汇流装置的切换操作。如果控制装置没有接收到负载设备开关操作指令和上层设备控制命令，则根据负载用电功率变化输出投切指令，即根据检测到的直驱设备由发电设备提供的发电功率、直驱设备的用电功率输出投切指令控制汇流装置的切换操作。

具体地，发电设备采用光伏组件时，则直驱设备为光伏直驱设备，发电系统为光伏发电系统。通过根据上层控制设备的命令或负载用电功率变化(用户侧响应)或者负载设备开关操作，使用汇流装置控制连接光伏组件与用电设备之间开关K(n)并联数量n的更改，使光伏系统并联数n一直能够满足光伏系统与变流设备匹配设计要求的同时实现光伏组串最大化接入，节约常规光伏发电系统的直—交—直的逆变、整流设备转换损失的电量，实现系统能源利用最大化,提高了系统设计的灵活性，使得系统的设计更加契合实际工作环境，并消除了多台直驱设备使用时对光伏系统设计的限制。

如图3所示，以通过直驱设备供电投切设备对两个光伏直驱设备的光伏电能进行投切控制为例，当两个光伏直驱设备同时安装后，使设备A的光伏组串设计为最大值，设备B未配置光伏组件。智能电表计量发电功率和设备A的用电功率，若发电功率-用电功率大于零，则智慧能源管理系统下达指令至汇流装置，汇流装置检测开关的闭合状态，当开关闭合在设备A时，则将开关投切到设备B。如果发电功率-用电功率小于或等于零，则汇流装置检测开关的闭合状态，当开关闭合在设备A时开关不动作。

在将汇流装置的开关投切到设备B后，智能电表对设备A的发用电功率再次进行检测，若设备A的发电功率-用电功率仍大于零，则控制下一个汇流装置将开关投切到设备B；以此类推，智能电表对设备A的发用电功率不断检测，若设备A的发电功率-用电功率小于零，停止投切。

此外，若多套光伏发电系统的逆变设备需要检修或者更换时，可通过安装在光伏直流侧的此种汇流装置，预留检修接口，将检修/损坏设备断路接入更替设备。此过程无需断电操作，且极大的提高调试效率与检修过程中发电量的保证。

通过在光伏发电系统的直流侧增加可投切的汇流装置，通过将增加智能化设备与传统的电力系统调度方法相结合，实现需求侧响应、不同设备之间的协调互动来控制投切开关的闭合位置，不仅提高了整个光伏发电系统的运行效率，更进一步的可使得整个新能源电力系统的智能性更强，以达到多路能源优势互补的局面最大限度的达到区域内智能能量流平衡。

上述发电系统，通过汇流装置控制直驱设备由发电设备提供的发电功率、直驱设备的用电功率之间的能量流平衡，从而使工作效率最大化，避免了传统的光伏发电系统中对电能进行转换所造成的能量损耗，提高了直驱设备的能源利用率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。