CN102684220A - 船用光伏发电并网实验平台 - Google Patents

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Abstract

一种船用光伏发电并网实验平台，包括太阳能光伏阵列、光伏防雷汇流箱、直流防雷配电柜、并网逆变器、交流防雷配电箱、电动机、发电机、模拟船用负载、环境监测仪、示波器及电能品质测试仪。太阳能光伏阵列发出的直流电经并网逆变器逆变为380V，50Hz三相交流电，并与船用电网相并。该船用电网由电动机从市电网取电，带动发电机进行发电并串入模拟船用负载构成。本船用太阳能光伏发电***，可模拟船用光伏发电***在不同外界环境下的并网运行性能，并可测量电压、电流、频率、功率、功率因数等数据，通过还原船用光伏发电***在实际使用中因外界环境和船用负载变化而对其运行性能产生的影响，从而为船用光伏发电***的结构及优化设计提供依据。

Description

船用光伏发电并网实验平台
技术领域
    本发明专利涉及一种船用光伏发电并网技术领域。具体为船用光伏发电并网实验平台。
背景技术
在当今的世界能源结构中，常规能源的储量正随着人类文明的高度发展而迅速枯竭。作为交通运输中载运量比例最大的载运工具，船舶是能源消耗大户，也是污染和温室气体排放的大户，其节能效果的好环对国民经济的影响很大。随着光伏技术的不断深入发展，其效率、可靠性和稳定性均有了很大提高，因而从最初的单纯技术研究逐渐转向实际应用领域。太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶发展的一个重要方向。
目前太阳能在船舶上的应用主要集中在小型船舶上，并且作为船舶的主要动力能源，这类应用是太阳能在船舶上应用的主要方式。此外，太阳能在大型船舶上一般作为辅助能源应用在船舶的照明***、驾驶***、空调***等方面。而从光伏***在船舶上应用的类型来看，主要是独立光伏***，并且包含有储能装置，并网光伏***还没有相关实船。如果采用并网式的运行方式，则可以保证光伏电池始终运行在最大功率点处，可以提高光伏阵列的发电效率。省去了蓄电池作为储能环节，降低了***成本与维护费用，并避免了处理废旧蓄电池带来的二次污染。
在现有技术中，太阳能光伏发电的应用主要集中在陆地上，随着新能源技术的快速发展，新能源在各个行业中的应用将得到不断推广。现今市场上虽然有一些太阳能发电的实验平台，但一般都是离网，并网实验台的现状也仅存在于与现有市电相并，像与船舶发电***这样小***的电网并网的平台还没有。如光伏并网发电装置（申请号：201110337049.2)证实了光伏发电并网运行的可行性，能够完成光伏并网发电、同步并网等试验及演示，可帮助同行业工作人员和学生理解太阳能并网发电***的原理，熟悉光电转化及光伏并网***整个流程。申请号为201110163110.6的发明专利虽然提出了一种光伏并网发电实训装置，可实现光伏发电、同步并网的实验及教学演示。上述专利均不涉及到船舶电网的模拟与并网，本发明专利的创新点在于：其一，能够模拟船用光伏发电***在不同工况下的并网运行性能；其二，可以测量电压、电流、频率、功率、功率因素等数据，通过还原船用光伏发电***在实际使用中因外界环境和船舶负载变化而对其运行性能产生的影响，从而为船用光伏发电***的结构及优化设计提供依据；其三，通过示波器及电能品质测试仪所获数据可对光伏发电***的电能质量进行分析和研究，以提高光伏发电在船舶电网运行中的可靠性和高效性。
发明内容
    本发明的目的在于针对船用电网，提供一种供太阳能光伏并网的运行模式的船用光伏发电并网实验平台。，模拟船用光伏发电***在不同外界辐照度时并网运行性能，测量电压、电流、频率、功率、功率因数等数据，通过还原船用光伏发电***在实际使用中因外界环境变化而对其运行性能产生的影响，从而为船用光伏发电***的结构及优化设计提供依据。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种船用光伏发电并网实验平台，它包括太阳能光伏阵列、光伏防雷汇流箱、直流防雷配电柜、并网逆变器、交流防雷配电箱、电动机、发电机、模拟船用负载、环境监测仪、示波器及电能品质测试仪；所述的太阳能光伏阵列中的电池板先局部串联组成太阳能电池串，再整体并联连接后接入光伏防雷汇流箱，经直流防雷配电柜与并网逆变器相连；并网逆变器输出端接交流防雷配电箱输入端，交流配电箱输出端并入船用电网；所述的船用电网由电动机带动发电机并串入模拟船用负载形成，示波器和电能品质测试仪一端连接并网逆变器，另一端连接数据采集器，光伏防雷汇流箱、直流防雷配电柜、交流防雷配电箱和环境监测仪与数据采集器相连，数据采集器与中央控制中心互连。
本发明的并网实验台中，太阳能光伏阵列每一组串在光照下发出的电能经直流防雷汇流箱汇流后经由直流配电柜送入并网逆变器逆变为电压380V，频率50HZ的三相交流电。
本发明的并网实验台中，并网逆变器输出端接交流防雷配电箱，且与AC 380V，频率50Hz的船用电网相并。
本发明的并网实验台中，所述的船用电网由电动机从市电网取电带动发电机发电组成电网回路。
本发明的并网实验台中：并网负载通过串入模拟船用负载的感性负载与阻性负载来获得。
本发明的并网实验台的应用，其并网逆变器实现对光伏发电***的最大功率追踪、孤岛保护及与船舶电网的锁相功能。
本发明的并网实验台的应用，通过示波器及电能品质测试仪所获数据对光伏发电***的电能质量进行分析和研究。
本发明的并网实验台的应用，通过环境监测仪对太阳能光伏阵列所处的风速、外界温度和辐射强度进行监测，研究其各自的改变对光伏发电***所产生的影响及并网后对电网所带来的影响。
本发明的并网实验台的应用，通过调节模拟船用负载的大小来分析不同负载情况下光伏发电***并网运行情况，从而为船用光伏发电***的结构及优化设计提供依据。
本发明的并网实验台的应用，通过本地和远程通讯监控实现对***数据的采集、处理、报警、存储、查询及显示，并实现对***工作状态的监控与优化调整。
本发明的有益效果：
本发明通过将太阳能电池板先串联再并联的连接方式，便于安装与维护，并且提高了整个太阳能光伏发电***的可靠性；光伏发电***采用与船舶电网直接并网的方式，省去了蓄电池装置，减少了设备，降低了成本；并网逆变器可实现对光伏阵列的最大功率追踪与孤岛保护等功能，提高光伏***的输出功率并保证电网的安全正常运行。
附图说明
图1是本发明船用光伏发电并网实验平台简单结构示意图；
图2是本发明船用光伏发电并网实验平台理论与控制示意图； 
图3是本发明船用光伏发电并网实验平台光伏阵列电池组串连接示意图；
图4是本发明船用光伏发电并网实验平台本地监测与远程监测***图。
具体实施方式
本发明的船用光伏发电并网实验台结构如图1所示。，它包括太阳能光伏阵列、光伏防雷汇流箱、直流防雷配电柜、并网逆变器、交流防雷配电箱、电动机、发电机、模拟船用负载、环境监测仪、示波器及电能品质测试仪。其太阳能光伏板按照图3所示示意图先分组串联，再整体并联的方式进行连接。太阳能光伏阵列每一组串在光照下发出的电能经光伏防雷汇流箱汇流后经由直流配电柜送入并网逆变器逆变为电压为380V，频率50Hz的三相交流电。。并网逆变器可实现对光伏发电***的最大功率追踪、孤岛保护以及对船舶电网的锁相功能。并网逆变器输出的交流电经交流配电箱与AC 380V，频率50Hz的船用电网相并。该船用电网由电动机从市电网取电带动发电机发电组成电网回路。并网负载通过串入可以模拟船用负载的感性负载与阻性负载来获得。电网中串入模拟船用负载用来模拟船舶上所带负载。通过改变串入负载的大小与性质可模拟船用光伏发电***在不同外界环境和不同负载情况下的并网运行性能。还原船用光伏发电***在实际使用中因外界环境和船用负载变化而对其运行性能产生的影响。
如图2所示，并网逆变器中的中央控制器通过各种传感器采集太阳能光伏阵列的表面温度、日照强度、输出直流电压、输出直流电流、逆变部分输出的电压、电流、发电机输出的电网侧的电压、电流。通过对采集的光伏电池板的表面温度、日照强度、直流电压、直流电流参数的分析计算，使光伏阵列输出工作于最大功率点；采集逆变部分输出的电压、电流、发电机输出的电网侧的电压、电流，经AD转换器转换，然后送给并网逆变器中的锁相模块中分析处理，经SVPMW算法产生相应的脉冲控制波，用SVPMW波控制功率器件构成的逆变桥的通断，使逆变器输出的电流与发电机输出的电网侧的电压同频同相位，从而实现与船舶电网的锁相功能，做到以单位功率因数并网；采集光伏阵列输出的直流电压、直流电流、逆变部分输出的电压、电流、发电机输出侧电网的电压与电流，通过软件保护模块实现对***的过或欠压、过或欠流、过或欠频及孤岛保护等功能。
如图4所示，本地监测与远程监测装置主要用于数据的采集、处理、报警、存储、查询及显示。采集光伏阵列输出的电参数、馈入电网的累计电能、并网逆变器的输入输出参数、并网的电参数及环境监测仪监测的环境参数。采集的数据经过数据处理得出最佳的运行信号。如果经处理后的数据显示***异常，***会发出报警信号。采集的数据可进行实时存储，并可以查询历史数据及故障报警信息。同时可实时显示现场的运行数据，进入各个监测界面。示波器可实时显示电网中的电压及电流的波形，电能品质测试仪可以实时显示并网电流的畸变率。本地监测的数据也可以通过有线或无线传输的方式传到远程监测中心，远程监测中心也可以把处理得出的最佳运行信息送给现场的控制模块中心，对现场设备的工作状态进行实时控制。

Claims (10)

1.一种船用光伏发电并网实验平台，其特征在于：它包括太阳能光伏阵列、光伏防雷汇流箱、直流防雷配电柜、并网逆变器、交流防雷配电箱、电动机、发电机、模拟船用负载、环境监测仪、示波器及电能品质测试仪；所述的太阳能光伏阵列中的电池板先局部串联组成太阳能电池串，再整体并联连接后接入光伏防雷汇流箱，经直流防雷配电柜与并网逆变器相连；并网逆变器输出端接交流防雷配电箱输入端，交流配电箱输出端并入船用电网；所述的船用电网由电动机带动发电机并串入模拟船用负载形成，示波器和电能品质测试仪一端连接并网逆变器，另一端连接数据采集器，光伏防雷汇流箱、直流防雷配电柜、交流防雷配电箱和环境监测仪与数据采集器相连，数据采集器与中央控制中心互连。
2.根据权利要求1所述的船用光伏发电并网实验台，其特征在于：太阳能光伏阵列每一组串在光照下发出的电能经光伏防雷汇流箱汇流后经由直流配电柜送入并网逆变器逆变为电压380V，频率50HZ的三相交流电。
3.根据权利要求1所述的船用光伏发电并网实验台，其特征在于：并网逆变器输出端接交流防雷配电箱，且与AC 380V，频率50Hz的船用电网相并。
4.根据权利要求1所述的船用太阳能光伏发电并网实验台，其特征在于：所述的船用电网由电动机从市电网取电带动发电机发电组成电网回路。
5.根据权利要求1所述的船用太阳能光伏发电并网实验台，其特征在于：并网负载通过串入模拟船用负载的感性负载与阻性负载来获得。
6.根据权利要求1所述的船用光伏发电并网实验台的应用，其特征在于：并网逆变器实现对光伏发电***的最大功率追踪、孤岛保护及与船舶电网的锁相功能。
7.根据权利要求1所述的船用太阳能光伏发电并网实验台的应用，其特征在于：通过示波器及电能品质测试仪所获数据对光伏发电***的电能质量进行分析和研究。
8.根据权利要求1所述的船用太阳能光伏发电并网实验台的应用，其特征在于：通过环境监测仪对太阳能光伏阵列所处的风速、外界温度和辐射强度进行监测，研究其各自的改变对光伏发电***所产生的影响及并网后对电网所带来的影响。
9.根据权利要求1所述的船用太阳能光伏发电并网实验台的应用，其特征在于：通过调节模拟船用负载的大小来分析不同负载情况下光伏发电***并网运行情况，从而为船用光伏发电***的结构及优化设计提供依据。
10.根据权利要求1所述的船用太阳能光伏发电并网实验台的应用，其特征在于：通过本地和远程通讯监控实现对***数据的采集、处理、报警、存储、查询及显示，并实现对***工作状态的监控与优化调整。
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