全文摘要
本实用新型涉及一种微电网系统，属于微电网技术领域，解决了现有光伏发电因发电不平稳导致产生的电能无法直接供负载及并网使用的问题。一种微电网系统，包括光伏阵列、电压变换装置、充电电池、DC\/AC变流器；所述电压变换装置包括DC\/DC升压变流器、DC\/DC降压变压器和切换控制电路；当光伏阵列输出电压高于基准电压时，所述切换控制电路控制DC\/DC降压变流器工作，否则，控制DC\/DC升压变压器工作；所述光伏阵列输出电压通过所述DC\/DC升压变流器或DC\/DC降压变压器进行升压或降压后接入充电电池的充电端；所述充电电池的输出端与所述DC\/AC变流器的直流侧连接；所述DC\/AC变流器的交流侧用于连接负载。提升了光伏供电的稳定性和可靠性。
主设计要求
1.一种微电网系统，其特征在于，包括光伏阵列、电压变换装置、充电电池、DC\/AC变流器；所述电压变换装置包括DC\/DC升压变流器、DC\/DC降压变压器和切换控制电路；当光伏阵列输出电压高于基准电压时，所述切换控制电路控制DC\/DC降压变流器工作，否则，控制DC\/DC升压变压器工作；所述光伏阵列输出电压通过所述DC\/DC升压变流器或DC\/DC降压变压器进行升压或降压后接入充电电池的充电端；所述充电电池的输出端与所述DC\/AC变流器的直流侧连接；所述DC\/AC变流器的交流侧用于连接负载。
设计方案
1.一种微电网系统，其特征在于，包括光伏阵列、电压变换装置、充电电池、DC\/AC变流器；
所述电压变换装置包括DC\/DC升压变流器、DC\/DC降压变压器和切换控制电路；当光伏阵列输出电压高于基准电压时，所述切换控制电路控制DC\/DC降压变流器工作，否则，控制DC\/DC升压变压器工作；
所述光伏阵列输出电压通过所述DC\/DC升压变流器或DC\/DC降压变压器进行升压或降压后接入充电电池的充电端；所述充电电池的输出端与所述DC\/AC变流器的直流侧连接；
所述DC\/AC变流器的交流侧用于连接负载。
2.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于，所述切换控制电路包括电压传感器、比较器、非门、NPN型三极管Q1、NPN型三极管Q2、电阻R1、电阻R2；
所述电压传感器，用于采集光伏阵列的输出电压，并将所述输出电压输入至所述比较器的同相输入端；所述比较器的反相输入端用于输入预定的基准电压；
所述比较器的输出端与所述NPN型三极管Q1的基极相连，所述NPN型三极管Q1的发射极接地；所述NPN型三极管Q1的集电极与所述DC\/DC降压变流器的控制端相连，并通过电阻R1与电源相连；
所述比较器的输出端还通过所述非门与所述NPN型三极管Q2的基极相连，所述NPN型三极管Q2的发射极接地；所述NPN型三极管Q2的集电极与所述DC\/DC升压变流器的控制端相连，并通过电阻R2与电源相连。
3.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于，还包括LC滤波器和高速开关，所述DC\/AC变流器的交流侧通过所述LC滤波器后连接高速开关，所述负载为公共电网或独立负载，利用所述高速开关选通不同的负载。
4.根据权利要求2所述的微电网系统，其特征在于，所述预定的基准电压值为所述充电电池存储的直流电压值。
5.根据权利要求4所述的微电网系统，其特征在于，所述DC\/AC变流器，用于逆变运行，所述充电电池输出的直流电输出至所述DC\/AC变流器的直流侧，通过所述DC\/AC变流器转化为交流电，供负载使用。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的微电网系统，其特征在于，所述充电电池的输入端还与所述DC\/AC变流器的直流侧连接。
7.根据权利要求6所述的微电网系统，其特征在于，所述DC\/AC变流器，还用于整流运行，将负载侧的交流电转化为直流电，通过所述DC\/AC变流器的直流侧为所述充电电池充电。
8.根据权利要求7所述的微电网系统，其特征在于，所述DC\/DC升压变流器为BOOST升压电路。
9.根据权利要求7或8所述的微电网系统，其特征在于，所述DC\/DC降压变流器为BUCK降压电路。
10.根据权利要求9所述的微电网系统，其特征在于，所述DC\/AC变流器为H桥或三相半桥电路。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及微电网技术领域，尤其涉及一种微电网系统。
背景技术
近年来，光伏发电在我国得到了迅猛发展，光伏发电量占全球发电总量的比重也逐年提升，光伏发电消费市场潜力巨大。
光伏发电的应用非常广泛，一方面可通过家用屋顶进行光伏发电，将光伏发电产生的电能直接供家庭中的负载使用；另一方面，大型光伏发电机能够将大量的太阳能转化为电能，可用于并网使用，有效缓解当前的能源紧张情况。
但是，由于光伏发电自身存在发电不平稳的问题，光伏发电产生的电能无法直接供负载使用，更无法直接并入电网，必须经过相应处理，得到稳定的、可靠的交流电后，才能供负载及并网使用。
实用新型内容
鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种微电网系统，用以解决现有光伏发电因发电不平稳导致产生的电能无法直接供负载及并网使用的问题。
本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种微电网系统，包括光伏阵列、电压变换装置、充电电池、DC\/AC变流器；
所述电压变换装置包括DC\/DC升压变流器、DC\/DC降压变压器和切换控制电路；当光伏阵列输出电压高于基准电压时，所述切换控制电路控制DC\/DC降压变流器工作，否则，控制DC\/DC升压变压器工作；
所述光伏阵列输出电压通过所述DC\/DC升压变流器或DC\/DC降压变压器进行升压或降压后接入充电电池的充电端；所述充电电池的输出端与所述DC\/AC变流器的直流侧连接；
所述DC\/AC变流器的交流侧用于连接负载。
本实用新型有益效果如下：利用切换控制电路判断应该进行升压还是降压操作，然后通过DC\/DC降压变流器或DC\/DC升压变流器将光伏阵列输出的不稳定的直流电转化为稳定的、可供充电电池存储的直流电，然后通过DC\/AC变流器将直流电转化为交流电，供负载设备使用。该系统无需借助任何软件，仅靠硬件即可实现将光伏阵列输出的不稳定电压转化为可供负载使用的稳定的交流电，有效保证负载端的稳定运行，提升了光伏发电的利用率。
在上述方案的基础上，本实用新型还做了如下改进：
进一步，所述切换控制电路包括电压传感器、比较器、非门、NPN型三极管Q1、NPN型三极管Q2、电阻R1、电阻R2；
所述电压传感器，用于采集光伏阵列的输出电压，并将所述输出电压输入至所述比较器的同相输入端；所述比较器的反相输入端用于输入预定的基准电压；
所述比较器的输出端与所述NPN型三极管Q1的基极相连，所述NPN型三极管Q1的发射极接地；所述NPN型三极管Q1的集电极与所述DC\/DC降压变流器的控制端相连，并通过电阻R1与电源相连；
所述比较器的输出端还通过所述非门与所述NPN型三极管Q2的基极相连，所述NPN型三极管Q2的发射极接地；所述NPN型三极管Q2的集电极与所述DC\/DC升压变流器的控制端相连，并通过电阻R2与电源相连。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用光伏阵列将太阳能转化为电能后，需要将转化后的电能进行存储，利用切换控制电路提前判断需要执行升压还是降压操作，能够降低对DC\/DC变流器的选型要求，同时DC\/DC延长变流器的使用寿命。
进一步，还包括LC滤波器和高速开关，所述DC\/AC变流器的交流侧通过所述LC滤波器后连接高速开关，所述负载为公共电网或独立负载，利用所述高速开关选通不同的负载。
进一步，所述预定的基准电压值为所述充电电池存储的直流电压值。
进一步，所述DC\/AC变流器，用于逆变运行，所述充电电池输出的直流电输出至所述DC\/AC变流器的直流侧，通过所述DC\/AC变流器转化为交流电，供负载使用。
进一步，所述充电电池的输入端还与所述DC\/AC变流器的直流侧连接。
进一步，所述DC\/AC变流器，还用于整流运行，将负载侧的交流电转化为直流电，通过所述DC\/AC变流器的直流侧为所述充电电池充电。
进一步，所述DC\/DC升压变流器为BOOST升压电路。
进一步，所述DC\/DC降压变流器为BUCK降压电路。
进一步，所述DC\/AC变流器为H桥或三相半桥电路。
本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本实用新型实施例中的微电网系统结构框图；
图2为本实用新型实施例中的微电网系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
本实用新型的一个具体实施例，公开了一种微电网系统，结构框图如图1所示，包括光伏阵列、电压变换装置、充电电池、DC\/AC变流器；
所述电压变换装置包括DC\/DC升压变流器、DC\/DC降压变压器和切换控制电路；当光伏阵列输出电压高于基准电压时，所述切换控制电路控制DC\/DC降压变流器工作，否则，控制DC\/DC升压变流器工作；
所述光伏阵列输出电压通过所述DC\/DC升压变流器或DC\/DC降压变压器进行升压或降压后接入充电电池的充电端；所述充电电池的输出端与所述DC\/AC变流器的直流侧连接；
所述DC\/AC变流器的交流侧用于连接负载。
与现有技术相比，本实施例提供的微电网系统，利用切换控制电路判断应该进行升压还是降压操作，然后通过DC\/DC降压变流器或DC\/DC升压变流器将光伏阵列输出的不稳定的直流电转化为稳定的、可供充电电池存储的直流电，然后通过DC\/AC变流器将直流电转化为交流电，供负载设备使用。该系统无需借助任何软件，仅靠硬件即可实现将光伏阵列输出的不稳定电压转化为可供负载使用的稳定的交流电，有效保证负载端的稳定运行，提升了光伏发电的利用率。
优选地，利用光伏阵列将太阳能转化为电能后，需要将转化后的电能进行存储，利用切换控制电路提前判断需要执行升压还是降压操作，能够降低对DC\/DC变流器的选型要求，同时DC\/DC延长变流器的使用寿命。本实用新型中，切换控制的功能通过切换控制电路实现，如图2所示，具体切换控制电路设置如下：
所述切换控制电路包括电压传感器、比较器、非门、NPN型三极管Q1、NPN型三极管Q2、电阻R1、电阻R2；
所述电压传感器，用于采集光伏阵列的输出电压，并将所述输出电压输入至所述比较器的同相输入端；所述比较器的反相输入端用于输入预定的基准电压；
所述比较器的输出端与所述NPN型三极管Q1的基极相连，所述NPN型三极管Q1的发射极接地；所述NPN型三极管Q1的集电极与所述DC\/DC降压变流器的控制端相连，并通过电阻R1与电源相连；
所述比较器的输出端还通过所述非门与所述NPN型三极管Q2的基极相连，所述NPN型三极管Q2的发射极接地；所述NPN型三极管Q2的集电极与所述DC\/DC升压变流器的控制端相连，并通过电阻R2与电源相连。
本实用新型中设置的切换控制电路，利用常规器件的组合即可实现升压变流或降压变流的切换功能，整个过程无需借助任何软件，电路结构简单，且各器件灵敏度高，响应快，能够有效保证输出结果的准确性和实时性，满足微电网系统对于实时性和准确性的要求，具备高可靠性。
实际应用过程中，若不提前将光伏阵列输出的电压与充电电池所允许的直流电压进行比较，所选择的变流器需要同时具备升压变流和降压变流功能，对变流器的要求更高，成本更高。本实用新型中，通过将光伏阵列输出的电压与充电电池所允许的直流电压进行比较，判断需要执行升压操作还是降压操作，进而选择对应的升压变流器或降压变流器，有效降低变流器的选型要求，降低整个微电网系统的硬件成本。基于以上说明，切换控制电路中，所述比较器的反相输入端用于输入预定的基准电压为所述充电电池存储的直流电压值。
优选地，为进一步增强交流电的稳定性，所述微电网系统还包括LC滤波器，所述DC\/AC变流器的交流侧通过所述LC滤波器相连，利用LC滤波器对输出的交流电进行平滑滤波，增强所输出交流电的稳定性，提高光伏发电的利用率。
优选地，为进一步增强本实用新型所设计的微电网系统的使用范围，所述微电网系统还设置了高速开关，所述高速开关包含多个独立的开关，不同的开关连接不同的负载，所述DC\/AC变流器的交流侧通过所述LC滤波器后连接高速开关，利用所述高速开关选通不同的负载，所述负载为公共电网或独立负载，或交流电可以控制的其他类型的负荷。
通过切换响应快高速开关连接多个可供选通的负载，提高了光伏发电电能的适用性，能够适用于不同的场景。
优选地，当高速开关连接的负载为独立负载时，需要通过充电电池对其提供电池，此时DC\/AC变流器用于逆变运行，将所述充电电池输出的直流电输出至所述DC\/AC变流器的直流侧，通过所述DC\/AC变流器转化为交流电，供负载使用。
实际应用中，当高速开关连接的负载为有源负载时，还会出现电量通过DC\/AC变流器向充电电池回流的情况，因此，还需要对微电网系统进行如下设置：
优选地，所述充电电池的输入端还与所述DC\/AC变流器的直流侧连接。
此时所述DC\/AC变流器用于整流运行，将负载侧的交流电转化为直流电，通过所述DC\/AC变流器的直流侧为所述充电电池充电。
优选地，所述DC\/DC升压变流器为BOOST升压电路；所述DC\/DC降压变流器为BUCK降压电路。
优选地，所述DC\/AC变流器为H桥或三相半桥电路，能够实现能量的双向流动，根据负载情况，使DC\/AC变流器逆变运行或整流运行，能够满足各种负载的使用要求。
根据实际的应用场景选择充电电池的类型和容量：
所述充电电池可以为蓄电池、锂离子电池、铅酸\/碳电池或液流电池，也可以选择其他类型的充电电池；
充电电池的容量选择取决于最长停电时间及当地太阳的最大阴雨天数。
本实用新型中的微电网系统可以对光伏发电及充电电池容量进行灵活配置，根据电网状况、负载状况、环境状况以及光伏阵列状况，灵活控制整个微电网系统的运行模式，实现更加高效稳定的运行。
本实用新型不涉及任何软件方面的改进。本实用新型仅需要将各个具有相应功能的装置通过本实用新型实施例所给出的连接关系进行连接即可，其中并不涉及任何程序软件方面的改进。而至于各个相应功能的硬件装置之间的连接方式，均是本领域技术人员可以采用现有技术实现的，在此不做详细说明。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920114398.X
申请日:2019-01-23
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209250259U
授权时间:20190813
主分类号:H02J 3/38
专利分类号:H02J3/38;H02J3/32
范畴分类:37P;
申请人:中国建筑设计研究院有限公司
第一申请人:中国建筑设计研究院有限公司
申请人地址:100044 北京市西城区车公庄大街19号
发明人:曹磊
第一发明人:曹磊
当前权利人:中国建筑设计研究院有限公司
代理人:田英楠;庞许倩
代理机构:11386
代理机构编号:北京天达知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计