專利名稱：預(yù)裝式光伏變電箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光伏配電箱，特別是預(yù)裝式光伏變電箱。
背景技術(shù)：
太陽能發(fā)電作為一種新的能源正在勃勃興起，隨著光電材料的改進和發(fā)電效率的 提高，取代火電是一種必然趨勢。不過，現(xiàn)有太陽能發(fā)電裝置中匯流單元、直流控制單元和 光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器三個部分是相互獨立的，在裝配過程中分別連接到太陽能發(fā)電系統(tǒng)的 總線路中，如果三個部分分別由不同廠家生產(chǎn)，在裝配過程中有時會出現(xiàn)接口不對應(yīng)，型號 不匹配等問題，會對整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)造成阻礙，并且由于三者之間的不匹配必 然對整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工作造成影響。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本實用新型提供一種預(yù)裝式匯流箱，該預(yù)裝匯流 箱將匯流單元、直流控制單元和光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器三部分在集成到一起，作為一個整體 使用或出售，并根據(jù)各個電網(wǎng)的不同需求定制不同的型號，避免了由于三者型號不匹配，或 相互之間的接口不匹配而造成的對太陽能發(fā)電系統(tǒng)的影響，該產(chǎn)品實現(xiàn)將傳統(tǒng)的匯流箱、 直流配電箱和逆變器柜封裝到一起，實現(xiàn)了光伏電站模塊化和標準化。并且使安裝過程變 得十分方便快捷。預(yù)裝式光伏變電箱由匯流單元、直流控制單元和光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器三部分組 成，三者依次串聯(lián)在一起，其輸入端接太陽能組件，輸出端接升壓變壓器并網(wǎng)或者直接連接 負載用戶。進一步，所述直流控制單元與所述光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器之間的電路中并聯(lián)有防雷
o進一步，所述匯流單元由直流正極保險絲座與保險絲、匯流銅排、直流斷路器、直 流負極保險絲座與保險絲、進線端子排、直流匯流輸出端子和輔助保護裝置構(gòu)成；光伏組件 發(fā)出的電流正負極首先分別經(jīng)過進線端子排正負極，然后分別經(jīng)過直流正極保險絲座與保 險絲和直流負極保險絲座與保險絲連接到匯流銅排輸入端正負極，再分別連接到直流斷路 器的輸入端正負極，最后通過直流匯流輸出端子進行輸出。進一步，所述輔助保護裝置包括接地端子、防水接頭、防雷器和通訊/電流檢測 板。進一步，所述直流控制單元包括防反二極管、正極直流母線銅排、負極直流母線銅 排、電壓表、避雷器和接地裝置；匯流箱斷路器輸出端子正極接直流配電箱的防反二極管， 然后接正極直流母線銅排，匯流箱斷路器輸出端子負極直接接到直流配電箱的負極直流母 線銅排，直流母線銅排正負極分別接電壓表的正負極、接避雷器后連接直流輸出端子DC+ 和DC-進入并網(wǎng)逆變器的輸入端子光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器。進一步，所述光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器由電壓源型逆變器、控制保護單元、人機接口組
3成；所述控制保護單元和所述電壓源型逆變器相連接，所述人機接口與控制保護單元串聯(lián) 連接。進一步，所述電壓源型逆變器由串接在一起的濾波器，三相電壓源型逆變器和EMC 濾波器構(gòu)成；由直流控制單元輸出的直流電源首先經(jīng)過所述EMC濾波器進入所述三相電壓 源型逆變器，三相電壓源型逆變器將直流轉(zhuǎn)換成交流電經(jīng)過濾波器輸出到電網(wǎng)。進一步，所述人機接口包括觸摸屏和后臺處理裝置；所述觸摸屏、所述控制保護單 元和所述后臺處理裝置依次串聯(lián)連接。進一步，所述控制保護單元和所述電壓源型逆變器通訊采集電能數(shù)據(jù)。預(yù)裝式光伏變電箱將匯流單元、直流控制單元和光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器三個單元有 機組合到一起。可根據(jù)實際需求設(shè)置各組件的規(guī)格以適應(yīng)不同規(guī)模的光伏電站，可實現(xiàn)從 100KW到10000KW光伏電站可以直接采用，輸出的電能電壓穩(wěn)定、三相電流平衡、諧波小，完 全滿足國家規(guī)定的電能質(zhì)量標準。

圖1為預(yù)裝式光伏變電箱電路連接總圖；圖2為匯流單元電路圖；圖3為光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，預(yù)裝式光伏變電箱的輸入端接太陽能光伏組件，其輸出端接升壓變 壓器并網(wǎng)或者直接連接負載用戶。主要由匯流單元1、直流控制單元2和光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變 器3三部分組成，三者依次串聯(lián)在一起，并在直流控制單元2與光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器3之間 的電路中并聯(lián)有防雷器4。匯流單元匯流單元1可將一定數(shù)量規(guī)格相同的光伏組件串聯(lián)組成一個光伏串列，再將若干 個光伏串列并列接入?yún)R流單元，最后通過帶有防雷器和斷路器的直流配電單元輸出，方便 了后續(xù)逆變器單元的接入。如圖2中所示，匯流單元主要由直流正極保險絲座與保險絲(圖中所示的PV熔斷 器)11、接地端子12、防水接頭(圖中未顯示)、通訊/電流檢測板13、匯流銅排(圖中未 顯示)、直流斷路器14、防雷器15、直流負極保險絲座與保險絲16、進線端子排(圖中未顯 示)和直流匯流輸出端子17等構(gòu)成。光伏組件發(fā)出的電流正負極首先分別經(jīng)過進線端子 排正負極，然后分別經(jīng)過直流正極保險絲座與保險絲和直流負極保險絲座與保險絲(PV熔 斷器)11、16連接到匯流銅排輸入端正負極，再分別連接到直流斷路器14的輸入端正負極， 最后通過直流匯流輸出端子7進行輸出。匯流箱中還設(shè)置有輔助保護裝置該輔助保護裝置由接地端子12、防水接頭、防 雷器15和通訊/電流檢測板13組成。其中防雷器15為光伏專用高壓防雷器，其正極負極都 具備防雷功能。短路保護短路保護用于檢測直流總線上的短路故障，或者是防雷器短路 當電壓小于設(shè)定值時，進行總電流判斷，總電流超過設(shè)定值時，開啟保護動作。電流不平衡 保護電流不平衡保護用于檢測組串電流異常，當某一路組串電流的不平衡度超過設(shè)定值，且至少有1路電流大于無流閉鎖電流門檻時，經(jīng)設(shè)定延時，保護動作，每路電流都有獨立的 故障標志位。電流不平衡度的計算方法如下第n路不平衡度=|第n路電流-有效串流電流平均值|*100% /有效串流電流 平均值。缺相保護缺相保護用于檢測保險絲開路或其他缺相故障。當總線電壓大于一定 值時，進行電流的判斷，如果某一路對應(yīng)的電流為0，則保護動作，每路電流都有獨立的故障 標志位。電流偏差3段保護電流偏差3段保護用于對電壓分段進行電流偏差的的檢測。 每段保護可設(shè)定對應(yīng)的電壓段，當總線電壓落在這個段上時，對各組串電流進行檢測，如果 電流低于設(shè)定下限或高于設(shè)定上限，說明電流偏差異常，保護動作，每路電流都有獨立的故 障標志位。過壓保護當防雷器開路失效時，如果電壓值增大，電壓不會被鉗制在設(shè)定電壓 而會飆升至一個較大值；過壓保護即是判斷防雷器開路的保護。匯流箱還包含有電流監(jiān)控與通訊功能，通訊端子18 RS485接口接監(jiān)控中心主機， 主機裝有信息顯示的軟件，通過通訊端子18 RS485接口將匯流箱通過的電壓、電流、溫度等 信息上傳到監(jiān)控中心服務(wù)器主機顯示出來，通過分析軟件實現(xiàn)測量顯示。當發(fā)生過電壓、短 路等故障時，也就當電壓或電流大于某一數(shù)值時，電壓或電流繼電器動作，同樣通過6繼電 器輸出和通訊端子18 RS485接口上傳到主機。直流控制單元如圖1所示直流控制單元原理接線圖，直流控制單元由防反二極管21、正極直流 母線銅排22、負極直流母線銅排23、電壓表24、接地裝置25等組成，實現(xiàn)光伏串列產(chǎn)生的 電流的收集和控制。其連接關(guān)系為匯流箱斷路器輸出端子正極接直流配電箱的防反二極 管21，然后接正極直流母線銅排22，匯流箱斷路器輸出端子負極直接接到直流配電箱的負 極直流母線銅排23，直流母線銅排正負極22和23分別接電壓表24的正負極、接防雷器4 后連接直流輸出端子DC+和DC-進入光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器3。光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器主要由電壓源型逆變器、控制保護單元、人機接口等組成。人機接口包括觸摸屏和 后臺處理裝置；控制保護單元和逆變器相連接，采集電能數(shù)據(jù)，觸摸屏和后臺處理裝置與控 制保護單元串聯(lián)連接。電壓源型逆變器的作用為將光伏陣列發(fā)出的直流轉(zhuǎn)換成交流輸送 到電網(wǎng)；逆變器的控制保護單元是光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的核心部件，包含了高低頻濾波器 和補償裝置，其主要作用是控制主功率回路動作時序，實時對系統(tǒng)進行欠/過壓、偏頻、短 路和防孤島等保護；人機接口主要用于系統(tǒng)重要參數(shù)設(shè)置和信息顯示。圖3為光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器主電路結(jié)構(gòu)圖，由三相電壓源型逆變器31、EMC濾波器 33及輸出濾波器32構(gòu)成。直流控制單元輸出的直流電源首先經(jīng)過EMC濾波器33進入逆變 器，逆變器將直流轉(zhuǎn)換成交流電經(jīng)過濾波器32輸出到電網(wǎng)。圖3中的控制保護單元34和 逆變器通訊來采集電能數(shù)據(jù)，通過觸摸屏35 該觸摸屏包含匯流單元中LED顯示部分；將處 理結(jié)果傳送給后臺36 即匯流單元中監(jiān)控中心服務(wù)器主機中存儲。本實用新型中的逆變器共有最大功率點跟蹤、恒功率、恒電壓、恒電流及無功功率 調(diào)節(jié)等五種工作模式，用戶可根據(jù)需要進行選擇。1)最大功率點跟蹤該模式下，逆變器以最大功率并網(wǎng)發(fā)電。[0033]2)恒功率恒功率模式下，逆變器能按照電力系統(tǒng)的調(diào)度指令以固定功率并網(wǎng)發(fā)電，功率值 大小在線連續(xù)可調(diào)。3)恒電壓恒電壓模式下，逆變器直流母線電壓為固定值。對單晶硅、多晶硅材料的電池陣 列，其值通常為開路電壓的0. 8倍；對薄膜材料的電池陣列，其值為開路電壓的0. 7倍。4)恒電流恒電流模式下，逆變器以恒定電流并網(wǎng)發(fā)電，該電流值大小在線連續(xù)可調(diào)。5)無功功率調(diào)節(jié)無功功率調(diào)節(jié)模式下，逆變器在輸出有功的同時輸出部分無功功率，根據(jù)需要對 功率因數(shù)進行在線連續(xù)調(diào)節(jié)。該模式下應(yīng)保證總的視在容量不超過逆變器額定容量。預(yù)裝式光伏變電箱將三個單元有機組合到一起，不同的型號系列適應(yīng)不同規(guī)模的 光伏電站，從100KW到10000KW光伏電站可以直接采用，輸出的電能電壓穩(wěn)定、三相電流平 衡、諧波小，完全滿足國家規(guī)定的電能質(zhì)量標準。另外本實用新型中所公開的預(yù)裝式光伏變 電箱適用于荒漠供電困難問題，寬電壓開關(guān)電源，可直接從直流總線取電，免去外部供電電 源。
權(quán)利要求1.一種預(yù)裝式光伏變電箱，其輸入端接太陽能組件，輸出端接升壓變壓器并網(wǎng)或者直 接連接負載用戶；其特征為所述預(yù)裝式光伏變電箱由依次串聯(lián)在一起的匯流單元、直流 控制單元和光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器三部分組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述預(yù)裝式光伏變電箱，其特征為所述直流控制單元與所述逆 變器并網(wǎng)單源之間的電路中并聯(lián)有防雷器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述預(yù)裝式光伏變電箱，其特征為所述匯流單元由直流正極保 險絲座與保險絲、匯流銅排、直流斷路器、直流負極保險絲座與保險絲、進線端子排和直流 匯流輸出端子和輔助保護裝置構(gòu)成；光伏組件發(fā)出的電流正負極首先分別經(jīng)過進線端子排 正負極，然后分別經(jīng)過直流正極保險絲座與保險絲和直流負極保險絲座與保險絲連接到匯 流銅排輸入端正負極，再分別連接到直流斷路器的輸入端正負極，最后通過直流匯流輸出 端子進行輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述預(yù)裝式光伏變電箱，其特征為所述輔助保護裝置包括接地 端子、防水接頭、防雷器和通訊/電流檢測板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述預(yù)裝式光伏變電箱，其特征為所述直流控制單元包括防反 二極管、正極直流母線銅排、負極直流母線銅排、電壓表、避雷器、接地裝置；匯流箱斷路器 輸出端子正極接直流配電箱的防反二極管，然后接正極直流母線銅排，匯流箱斷路器輸出 端子負極直接接到直流配電箱的負極直流母線銅排，直流母線銅排正負極分別接電壓表的 正負極、接避雷器后連接直流輸出端子DC+和DC-進入并網(wǎng)逆變器的輸入端子光伏發(fā)電并 網(wǎng)逆變器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述預(yù)裝式光伏變電箱，其特征為所述光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器由 電壓源型逆變器、控制保護單元、人機接口組成；所述控制保護單元和所述電壓源型逆變器 相連接，所述人機接口與控制保護單元串聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述預(yù)裝式光伏變電箱，其特征為所述電壓源型逆變器由串接 在一起的濾波器，三相電壓源型逆變器和EMC濾波器構(gòu)成；由直流控制單元輸出的直流電 源首先經(jīng)過所述EMC濾波器進入所述三相電壓源型逆變器，三相電壓源型逆變器將直流轉(zhuǎn) 換成交流電經(jīng)過濾波器輸出到電網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述預(yù)裝式光伏變電箱，其特征為所述人機接口包括觸摸屏和 后臺處理裝置；所述觸摸屏、所述控制保護單元和所述后臺處理裝置依次串聯(lián)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7中所述預(yù)裝式光伏變電箱，其特征為所述控制保護單元和所述電 壓源型逆變器之間通訊采集電能數(shù)據(jù)。
專利摘要一種預(yù)裝式光伏變電箱，其輸入端接太陽能組件，輸出端接升壓變壓器并網(wǎng)或者直接連接負載用戶；所述預(yù)裝式光伏變電箱由依次串聯(lián)在一起的匯流單元、直流控制單元和光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器三部分組成。預(yù)裝式光伏變電箱將三個單元有機組合到一起，不同的型號系列適應(yīng)不同規(guī)模的光伏電站，從100kW到10000kW光伏電站可以直接采用，輸出的電能電壓穩(wěn)定、三相電流平衡、諧波小，完全滿足國家規(guī)定的電能質(zhì)量標準。
文檔編號H02N6/00GK201789441SQ20102025312
公開日2011年4月6日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者段鳳明, 薛黎明 申請人:中海陽(北京)新能源電力股份有限公司