[发明专利]一种光伏交直流智能配电箱

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有光伏组件汇流、直流侧检测保护、交流侧监测防孤岛功能的一体式配电箱，属于太阳能光伏发电技术领域。

背景技术

现阶段，国家太阳能发电项目建设如火如荼，在建筑物上安装的光伏阵列进行分布式发电，光伏建筑一体化(BIPV)或太阳能屋顶等中小型电站项目特别受欢迎。并网光伏发电系统主要由光伏阵列、汇流箱、直流柜、逆变器、交流柜等组成，组串型逆变器适用于中小型电站项目，发电量高、运行稳定，通常有1路或2路最大功率峰值跟踪。

对于建筑、住宅等户用中小型光伏发电项目，减少电缆的接线数量，最大限度地节约空间，安装使用简便，安全性高，成本低，尤为重要。而现在的汇流箱、直流柜、交流柜等庞大笨重，操作复杂，价格昂贵，特别是汇流箱只提供单路DC输出，不能依据系统功率要求自动调节输入组串数，不适用于组串型逆变器。同时，并网发电系统对交流侧输出电能质量要求高，需要能够有效地防止电力孤岛的形成。

发明内容

针对中小型光伏系统的特点和现有产品的缺陷和不足，本发明提供一种采用一体式结构设计的智能配电箱，具有多路光伏组串输入两路汇流DC输出、智能调节接入逆变器的组串路数，直流侧监测保护、交流侧实时检测和防孤岛、远程通讯、PV自供电等功能，可直接连接太阳能电池和并网逆变器(特别适用于组串型逆变器)，安全便捷地实现用户侧并网发电。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种光伏交直流智能配电箱，由直流侧、交流侧和控制板三部分组成。其特征在于：直流侧包括8对光伏组串输入接口，每4对光伏组串输入可并联汇流形成一路DC输出；每对光伏组串输入(+)、(-)回路均接高压熔丝一，防倒灌和过电流，输入(+)回路接防反二极管一，抑制并联电池组串之间形成环流，然后串接霍尔电流传感器一测量每路输入直流电流，并引出电压测量点一，并串入继电器一用于控制当前光伏组串输入回路的通断，可根据该光伏发电系统功率智能调节接入逆变器的光伏组串数；汇流后的DC输出回路间并联雷击浪涌保护器一，然后串接直流断路器一实现DC输出短路保护，串接霍尔电流传感器二监测每路DC输出电流，并引出电压测量点二；本配电箱的两路汇流DC输出接入组串型并网逆变器，经升压逆变后，接回到本配电箱的逆变器输出接口；交流侧回路接入霍尔电流传感器三和电压传感器四用于测量逆变器输出交流电流、电压瞬时值，串入继电器二、三用于控制逆变器输出到电网回路的通断，并联防雷器二，串入断路器二保护并网回路，然后并联霍尔电压传感器五用于测量电网电压实时信号，最后就可接入低压电网。

所述的配电箱控制板包括：CPU、信号调理放大模块、多选一模拟开关、过零检测电路、过/欠电压电流保护模块、辅助电源模块、RS232通讯模块、继电器控制电路、蜂鸣器、按键设定与LED显示。其中，CPU采用高性能、低能耗的8位AVR微处理器ATmega64，有足够的双向I/O口，并自带8路ADC输入。

优选地，所有的电流、电压采样值以及外部传感器输入经信号调理模块后连接多个八选一模拟开关输入到AVR单片机的A/D转换模块，控制单元将数据运算处理后控制直流侧8对光伏组串输入回路的继电器通断，实现直流侧检测保护和智能调节接入逆变器的组串路数的功能；过零检测电路用于检测交流侧电网电压和逆变器输出电流的过零点完成对其频率和相位的跟踪；过/欠电压、电流保护电路是将逆变器输出交流电流、电压信号与上、下限值经电压比较器得到4类故障信号，输入到四组R/S触发三态输出锁存器，得到故障报警信号，再由CPU发出控制信号驱动继电器控制交流侧回路通断，并控制蜂鸣器发生报警信号，实现过/欠电压、电流保护功能。通过比较单机片捕获的逆变器输出电压与电网电压的幅值误差、逆变器输出电流与电网电压的频率误差、逆变器输出电流与电网电压的相位误差来确定是否存在电力孤岛，当三者中任何一项超过误差阀值时即判定为发生孤岛效应，CPU迅速响应发出报警信号，控制继电器切断向电网的供电，将这3种成熟的防孤岛策略联合使用确保了并网系统的安全性。

优选地，PV自供电是将1路光伏组串汇流后的DC输出路接入辅助电源模块，采用反激式开关稳压电源，以UC3845为核心控制芯片，输出为±12V的直流电压，为控制板提供电源；远程通讯功能使用RS232通讯接口，由单片机的RXD、TXD引脚驱动，支持标准ModbusRTU协议，将监控数据传输到上位机系统以及客户端交互式应用平台，方便用户随时了解发电系统运行情况。

有益效果