一种安全节能的光伏配电箱系统

专利摘要:
本实用新型公开了一种安全节能的光伏配电箱系统，应用于电网与逆变器之间，包括负荷开关、日照时间同期装置、主动分合闸装置、漏电流检测装置，负荷开关的进线端与电网端连接，负荷开关的出线端与主动分合闸装置连接；漏电流检测装置设置在主动分合闸装置的出线端，套在主动分合闸装置的火线、零线；主动分合闸装置的出线端穿过漏电流检测装置与逆变器连接，漏电流检测装置与逆变器之间还设置有防雷器；漏电流检测装置的输出端与主控制器连接，日照时间同期装的输出信号也与主控制器相连，本实用新型可以根据日照条件、电网电压条件、漏电流控制主动分合闸装置的分合闸动作，自动控制逆变器与电网断开，降低损耗，延长逆变器寿命。
公开号:CN214337575U
申请号:CN202120576023.2U
申请日:2021-03-22
公开日:2021-10-01
发明作者:于庆军；刘洁；于心雨
申请人:于庆军；
IPC主号:H02J3-38

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及光伏并网配电箱技术领域，特别是涉及一种安全节能的光伏配电箱系统。
[n0002] 地球能源日益枯竭和人口、环境压力逐渐增大,发展可再生能源已成为人们的必然选择。光伏发电作为一种主要的可再生能源,它的应用前景已得到全社会广泛的认可。大规模的光伏发电的存储成本巨大,所以需要与电网并网,通过公共电网输送给其他用户。光伏专用并网配电箱,属于分布式发电领域的主要设备之一,它将并网逆变器产生的清洁能源直接注入公共电网。
[n0003] 作为连接光伏并网逆变器与电网之间的接口系统，其位置的重要性不言而喻。现有光伏配电箱主要有以下几个方面的问题：一、光伏并网逆变器的交流侧通常连接有输出滤波系统和EMC系统，该系统通常是由RLC等元器件构成。光伏并网逆变器随日照时间自动同期运行，白天光照充足发电工作，夜间光照不足而停止工作。逆变器停止工作后，其内部继电器断开，输出滤波系统和EMC系统仍然与电网连接。这种模式会造成诸多不良问题：①造成逆变器夜间损耗，能源浪费；②缩短逆变器的寿命。二、光伏并网箱只作为光伏并网逆变器与电网间的连接点，在电网过压、欠压等情况下不可主动分断，不能主动保护设备。
[n0004] 针对现有技术的不足，本实用新型的目的旨在提供一种安全节能的光伏配电箱系统，可以主动的根据日照条件、电网电压条件、漏电流条件等进行分合闸控制，在夜间可以主动分断电网与逆变器的连接，降低了逆变器的夜间损耗，同时可以提高功率因数，具有高效、安全、节能的优点。
[n0005] 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[n0006] 一种安全节能的光伏配电箱系统，连接于电网与逆变器之间，包括负荷开关、日照时间同期装置、主动分合闸装置、漏电流检测装置和主控制器；所述负荷开关的进线端与电网端连接，出线端与所述主动分合闸装置的进线端连接；所述主动分合闸装置包括光电耦合器、电磁继电器和电磁接触器，所述电磁接触器接入到逆变器与所述负荷开关之间，所述主控制器通过光电耦合器与电磁继电器连接；所述电磁继电器的触点与电磁接触器的控制端子连接；
[n0007] 所述漏电流检测装置设置在所述主动分合闸装置的出线端或进线端；所述漏电流检测装置与主控制连接，所述漏电流检测装置检测逆变器漏电流是否异常，所述主控制器根据所述漏电流检测装置检测信号，发送分合闸指令控制所述主动分合闸装置的闭合和断开；
[n0008] 所述日照时间同期装置的输出端与主控制器相连，所述日照时间同期装置包括光敏传感器和调理芯片，所述日照时间同期装置通过所述光敏传感器将光照强度信号转换为电信号，经调理芯片处理后，与预先设定的光照强度阈值比较，将比较高低电平信号传输给所述主控制器，所述主控制器根据信号状态发送分合闸指令给所述主动分合闸装置以控制其动作，所述调理芯片为运算比较器。
[n0009] 进一步地，所述漏电流检测装置包括漏电流互感器、方波振荡电路、采样电路、二阶低通滤波器、比较器电路和自检电路，所述漏电流互感器包括磁环和两个副边绕组，两个副边绕组分别为检测绕组和自检绕组，所述漏电流互感器的检测绕组依次与方波震荡电路、采样电路、二阶低通滤波器和比较器电路连接；所述漏电流互感器的自检绕组与采样自检电路连接，用于校准漏电流互感器。
[n0010] 进一步地，所述检测绕组和所述自检绕组共同绕制在非晶磁环上。
[n0011] 进一步地，所述漏电流检测装置套在所述主动分合闸装置进线端或出线端的火线、零线上。
[n0012] 进一步地，所述主动分合闸装置的出线端穿过所述漏电流检测装置与逆变器连接，所述漏电流检测装置与逆变器之间还设置有防雷器。
[n0013] 进一步地，所述漏电流检测装置套在所述主动分合闸装置的进线端；所述主动分合闸装置的出线端与逆变器连接，所述漏电流检测装置与逆变器之间还设置有防雷器。
[n0014] 本实用新型的有益效果在于：本实用新型与传统配电箱相比可以根据日照条件、电网电压条件、漏电流控制主动分合闸装置的分合闸动作。在夜间，逆变器不需要并网时，自动控制逆变器与电网断开，降低损耗，延长逆变器寿命。单台20kW光伏逆变器每年夜间损耗约为10kWh~30kWh，中国2020年全年分布式装机容量约为1.87亿千瓦，则每年可节约电能93.5MWh，约合1.1亿元人民币。
[n0015] 本实用新型的日照时间同期装置采用光敏传感器检测光照强度，具备自动同期逆变器发电时间的功能，在夜间，根据光照强度由主控制器控制电网与逆变器断开，降低了逆变器的夜间损耗，同时可以提高功率因数；当电网发生异常、或者设备发生漏电保护异常时，主控制器也可以控制主动分合闸装置断开，待异常消除后自动恢复合闸，本实用新型具有智能主动，绿色节能，安全性高等优点。
[n0016] 图1为本发明具体实施方式的系统结构图；
[n0017] 图2为本发明具体实施方式的日照同期装置的具体电路；
[n0018] 图3为本发明具体实施方式的漏电流检测装置电路；
[n0019] 图4为本发明具体实施方式的主动分合闸装置电路；
[n0020] 附图标记：1.电网；2.负荷开关；3.主动分合闸装置；3.1.电磁接触器；3.2.电磁继电器；3.3.光电耦合器；4.漏电流检测装置；5.逆变器；6.主控制器；7.日照时间同期装置；8.防雷器；9.光敏传感器；10.漏电流互感器；10.1.检测绕组；10.2.自检绕组；11.方波振荡电路；12.自检电路；13.二阶低通滤波器；14.比较器电路；15.采样电路；16.运算比较器。
[n0021] 下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：
[n0022] 实施例一
[n0023] 如图1所示，一种安全节能的光伏配电箱系统，应用于电网1与逆变器5之间，包括负荷开关2、日照时间同期装置7、主动分合闸装置3、漏电流检测装置4，负荷开关2的进线端与电网1端连接，负荷开关2的出线端与主动分合闸装置3的进线端连接；漏电流检测装置4设置在主动分合闸装置3的出线端，套在主动分合闸装置3的火线、零线上；主动分合闸装置3的出线端穿过漏电流检测装置4与逆变器5连接，漏电流检测装置4与逆变器5之间还设置有防雷器8；漏电流检测装置4的输出端与主控制器6连接，日照时间同期装,7的输出信号也与主控制器相连。
[n0024] 如图4所示，主动分合闸装置3包括光电耦合器3.3、电磁继电器3.2和电磁接触器3.1，电磁接触器3.1接入到逆变器5与负荷开关2之间，主控制器6通过光电耦合器3.3与电磁继电器3.2连接；电磁继电器3.2的触点与电磁接触器3.3连接。
[n0025] 在该实施例中，主动分合闸装置3采用的是电磁接触器3.1，主控制器6经过电磁继电器3.2控制电磁接触器3.1的线圈是否接通220Vac的电源，电磁继电器3.2闭合时，电磁接触器3.1接通220Vac的电源，电磁继电器3.2断开时，电磁接触器3.1不能接通220Vac的电源。
[n0026] 如图3所示，漏电流检测装置4包括漏电流互感器10、方波振荡电路11、采样电路15、二阶低通滤波器13和自检电路12；漏电流互感器10包括磁环和两个副边绕组，两个副边绕组分别为检测绕组10.1和自检绕组10.2，检测绕组10.1和自检绕组10.2共同绕制在非晶磁环上，漏电流互感器10的检测绕组检测漏电电流信号，漏电电流信号经过方波振荡电路11对漏电流信号进行处理，然后由采样电路15将处理之后的漏电电流信号转换成电压信号，再经二阶低通滤波器13对转换的电压信号进行调理，将其转换为平稳的直流电压信号，平稳的直流电压信号通过比较器电路14与设定的阈值电压进行比较，将比较结果送至主控制器6，主控制器6根据所述比较器电路14的比较结果给主动分合闸装置3发送相应的指令，其中方波振荡电路11为常规电路设计，采样电路15为采样电阻。
[n0027] 漏电流检测装置4工作之前，漏电流互感器10需要经过自检电路12进行校准，自检电路12连接在漏电流互感器10的自检绕组10.2两端，用于校准漏电流互感器10的静态误差，给自检绕组10.2一个恒定的50mA的电流，然后进行测量输出的是不是50mA，如果不是，就偏移一定的基准量。
[n0028] 日照时间同期装置7包括光敏传感器9和调理芯片，日照时间同期装置7通过光敏传感器9将光照强度信号转换为电信号，经调理芯片处理后传输给主控制器6，主控制器6通过将接收到的光照强度与预先设定的光照强度阈值比较，发送分合闸指令给主动分合闸装置3以控制其动作，调理芯片为运算比较器16，如图2所示，为日照时间同期装置7的具体电路图。
[n0029] 主动分合闸装置3由主控制器6根据电网电压、日照条件、漏电流状态等外部条件控制其合闸和开闸。当电网电压高于并网上限Vup_lmt或者低于并网下限Vdown_lmt时，主控制器6控制主动分合闸装置3开闸，断开逆变器5与电网1的连接；当日照条件低于Rdown_lmt时，主控制器6控制主动分合闸装置3开闸，断开逆变器5与电网1的连接；当漏电流大于Ileak_lmt时，主控制器6控制主动分合闸装置3开闸，断开逆变器5与电网1的连接。
[n0030] 本申请优选采用光敏传感器9实时跟踪光照强度，在夜间，光照强度极弱，主控制器6控制主动分合闸装置3断开逆变器5与电网1的连接，降低逆变器5的夜间损耗；具备漏电流保护、电网过欠压保护功能，安全性高。
[n0031] 实施例二
[n0032] 一种安全节能的光伏配电箱系统，应用于电网1与逆变器5之间，包括负荷开关2、日照时间同期装置7、主动分合闸装置3、漏电流检测装置4，与实施例一中的连接方式不同点在于：漏电流检测装置4与主动分合闸装置3位置互换，套在主动分合闸装置3的进线端；该实施例的控制方式、控制逻辑相同与实施例一相同。
[n0033] 对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

权利要求:
Claims (6)
[0001] 1.一种安全节能的光伏配电箱系统，连接于电网与逆变器之间，其特征在于，包括负荷开关、日照时间同期装置、主动分合闸装置、漏电流检测装置和主控制器；所述负荷开关的进线端与电网端连接，出线端与所述主动分合闸装置的进线端连接；所述主动分合闸装置包括光电耦合器、电磁继电器和电磁接触器，所述电磁接触器接入到逆变器与所述负荷开关之间，所述主控制器通过光电耦合器与电磁继电器连接；所述电磁继电器的触点与电磁接触器的控制端子连接；
所述漏电流检测装置设置在所述主动分合闸装置的出线端或进线端；所述漏电流检测装置与主控制连接，所述主控制器根据所述漏电流检测装置检测信号，发送分合闸指令控制所述主动分合闸装置的闭合和断开；
所述日照时间同期装置的输出端与所述主控制器相连；所述日照时间同期装置包括光敏传感器和调理芯片，所述光敏传感器将光照强度信号转换为电信号，所述调理芯片为运算比较器。
[0002] 2.如权利要求1所述的一种安全节能的光伏配电箱系统，其特征在于，所述漏电流检测装置包括漏电流互感器、方波振荡电路、采样电路、二阶低通滤波器、比较器电路和自检电路，所述漏电流互感器包括磁环和两个副边绕组，两个副边绕组分别为检测绕组和自检绕组，所述漏电流互感器的检测绕组依次与方波震荡电路、采样电路、二阶低通滤波器和比较器电路连接；所述漏电流互感器的自检绕组与采样自检电路连接，用于校准漏电流互感器。
[0003] 3.如权利要求1所述的一种安全节能的光伏配电箱系统，其特征在于，所述漏电流检测装置套在所述主动分合闸装置的火线和零线上。
[0004] 4.如权利要求2所述的一种安全节能的光伏配电箱系统，其特征在于，所述漏电流互感器的副边绕组和自检绕组共同绕制在非晶磁环上。
[0005] 5.如权利要求1所述的一种安全节能的光伏配电箱系统，其特征在于，所述主动分合闸装置的出线端穿过所述漏电流检测装置与逆变器连接，所述漏电流检测装置与逆变器之间还设置有防雷器。
[0006] 6.如权利要求1所述的一种安全节能的光伏配电箱系统，其特征在于，所述漏电流检测装置套在所述主动分合闸装置的进线端；所述主动分合闸装置的出线端与逆变器连接，所述漏电流检测装置与逆变器之间还设置有防雷器。

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120576023.2U|CN214337575U|2021-03-22|2021-03-22|一种安全节能的光伏配电箱系统|CN202120576023.2U| CN214337575U|2021-03-22|2021-03-22|一种安全节能的光伏配电箱系统|