一种三相5KW微电网及其运行控制方法

技术领域

本发明涉及一种应用于接入三相电网并网联用的系统，尤其涉及一种三相5KW微电网及其运行控制方法。

背景技术

三相交流电是电能的一种输送形式，简称为三相电。三相交流电源是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源。

三相交流电的用途很多，工业中大部分的交流用电设备，例如电动机，都采用三相交流电。而在日常生活中，多使用单相电源，也称为照明电。当采用照明电供电时，使用三相电其中的一相给用电设备供电，例如家用电器，而另外一根线是三相四线制中的第四根线，也就是其中的零线，该零线从三相电的中性点引出。

然而，由于三相交流电应用中每相线路中负载的差异性，电网平衡受到一定程度的影响。而随着光伏新能源的应用产品日渐成熟，在越来越多的工业设备应用中，需要利用一定功率设计的微电网接入三相市电中并网使用，以优化能耗利用中绿色能源的占比。

发明内容

本发明的目的旨在提出一种三相5KW微电网及其运行控制方法，以满足光伏发电反馈三相电网，并调整电网平衡。

本发明实现上述一个目的的技术解决方案是，一种三相5KW微电网，其特征在于包括：一块三相切换控制主板，具有MCU，接入三相线路的输出端LA、LB、LC，对应各三相线路的采样信号接口及对应各个微型单相光伏并网逆变器的信号接入端；电流互感器，单独配设于每一相线路中采集负载电流，并与所述采样信号接口相对接；四台微型单相光伏并网逆变器，通过参数线路与信号接入端相对接，且其中三台微型单相光伏并网逆变器接入各一相线路中，第四微型单相光伏并网逆变器接入三相切换控制主板的转接输入端。

上述三相5KW微电网，优选的，所述三相切换控制主板预设有对应各一相线路切换输出的控制程序，其中切换输出的触发点设为比较每一相线路负载电流所得的最大负载相线路与当前第四微型单相光伏并网逆变器转接输入的一相线路的关联性，两相线路一致则停止切换，两相线路相异则切换为最大负载相线路。

上述三相5KW微电网，优选的，每台所述微型单相光伏并网逆变器连接有两台以上的光伏组件，所述光伏组件为60片或72片的集合体。

上述三相5KW微电网，进一步优选的，每台所述微型单相光伏并网逆变器连接有四台光伏组件。

上述三相5KW微电网，优选的，还包括一台通信集控器，所述三相切换控制主板与通信集控器通过485总线相连接，且通信集控器与用户上位监控主机或移动终端相连接并交互信息数据。

本发明实现上述另一个目的的技术解决方案是，一种三相5KW微电网的运行控制方法，其特征在于：利用单独配设于每一相线路中电流互感器采集负载电流，并信号反馈至三相切换控制主板；对应每一相线路配置一台微型单相光伏并网逆变器连接并网，且配置一台第四微型单相光伏并网逆变器接入三相切换控制主板；利用三相切换控制主板的采样信号接口接收电流互感器所采集的负载电流，利用三相切换控制主板的输出端LA、LB、LC接入三相电路，并利用三相切换控制主板的MCU处理判断最大负载相，切换控制第四微型单相光伏并网逆变器面向各个输出端的通断。

上述三相5KW微电网的运行控制方法，优选的，所述三相切换控制主板对每一相线路的负载电流进行比较得到最大负载相线路，并设置切换输出的触发点为所述最大负载相线路与当前第四微型单相光伏并网逆变器转接输入的一相线路的关联性，当最大负载相即为当前转接输入的一相线路时保持并网，当最大负载相并非当前转接输入的一相线路时将第四微型单相光伏并网逆变器转接输入最大负载相线路。

上述三相5KW微电网的运行控制方法，优选的，对应每台所述微型单相光伏并网逆变器配置并相接四台光伏组件。

上述三相5KW微电网的运行控制方法，优选的，在微电网中配置一台通信集控器，先将四台微型单相光伏并网逆变器的运行状态和参数通过RS485通信方式传输至三相切换控制主板，并由MCU进行数据整合后通过485总线传入通信集控器，再由通信集控器利用通信协议向用户上位监控主机传送用于实时监管微电网运行状态的信息数据。

上述三相5KW微电网的运行控制方法，进一步优选的，将所述通信集控器接入无线局域网、蜂窝网，并通过Wifi、GPRS通信方式与用户移动终端交互信息数据。

应用本发明的微电网及其运行控制方法，具备如下显著的进步性：一方面通过将该微电网接入三相市电，能利用规模化接入的光伏组件发电回馈、以补偿三相市电的功率损耗，保障了工业应用对供能强度的需求；另一方面，能够通过对三相线路的负载判断，自适应地增大对最大负载相线路的光伏供能，有利于三相电网平衡。

附图说明

图1是本发明三相5KW微电网的电路架构示意图。

图2是图1所示微电网中三相切换控制主板的接脚示意图。

具体实施方式

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。

鉴于三相电网在工业生产应用中的节能要求及应对负载波动的性能日渐提升，本发明设计者响应市场需求、结合相关领域从业经验积累进行开拓研发，创新提出了一种三相5KW微电网及其运行控制方法，以满足光伏发电补充三相电网，并根据负载变化而自适应地调整电网平衡。

以下结合图1和图2所示，先就本发明该种三相5KW微电网结构性的概述说明来看。作为一个单独的微电网设备，其具备一个作为硬件载体的外壳以及外向对接光伏组件或接入三相市电的内外箱接口端子，而作为微电网核心构件的部分，则分区域或空间堆叠式地固定装接于该外壳中，并且外壳优化配置有对应散热、防尘、防湿气等功能。特别地，该微电网至少包含一块三相切换控制主板1、三个电流互感器2、四台微型单相光伏并网逆变器3。其中三相切换控制主板具有MCU，接入三相线路的输出端LA、LB、LC，对应各三相线路的采样信号接口（未图示）及对应各个微型单相光伏并网逆变器的信号接入端。该部分为整个微电网运行的主控部，用于进行接收和输出信息数据的处理、整合，主要用于控制三相电网的平衡。其中电流互感器则单独配设于每一相线路中采集负载电流，并与采样信号接口相对接；主要用于反馈负载电流以便三相切换控制主板判断最大负载相线路，通常情况下负载电流最小的即为最大负载相。作为微电网的主要能量来源，其中四台微型单相光伏并网逆变器通过参数线路与信号接入端相对接，籍此面向三相切换控制主板交互运行状态和性能参数等。但这些微型单相光伏并网逆变器为分组装接使用，更具体的表现为其中三台微型单相光伏并网逆变器接入各一相线路中，即该三相市电中任一相都将得到一台微型单相光伏并网逆变器无额外控制的全力补充。而剩余的第四微型单相光伏并网逆变器则接入三相切换控制主板的转接输入端，并由该三相切换控制主板择一性地并网补充至负载较高的一相线路。

上述三相切换控制主板1预设有对应各一相线路切换输出的控制程序，其中切换输出的触发点设为比较每一相线路负载电流所得的最大负载相线路与当前第四微型单相光伏并网逆变器转接输入的一相线路的关联性。为更直观地理解基于上述微电网架构的功能实现，设电流互感器对应每一相所得的负载电流为IA、IB、IC。如图2所示的三相切换控制主板的接脚示意图可见，其中对应该负载电流信号设有采样电路并反馈输入MCU，而MCU进行比较处理后得到最小负载电流IB所在的一相为最大负载相线路。由于微型单相光伏并网逆变器P、Q、R接入补充三相市电的不受控性和平衡性，因此B相线路的供能相对吃紧。在判断得到最大负载相线路的基础上，三相切换控制主板将通过继电器控制开通面向B相线路的并网补充。随着应用时间的不断积累，只要B相线路的负载电流保持最小，则面向B相线路的并网补充将持续保持；一旦A相线路或C相线路的负载电流降低并小于B相线路的负载电流，则三相切换控制主板将通过继电器控制关断面向B相线路的并网补充，同时开通面向对应最大负载相线路的并网补充。

诚然，上述微型单相光伏并网逆变器并非直接的能量来源，而是一种可以将光伏组件产生的可变直流电压转换为市电频率交流电的逆变器，例如可选的型号为： SMT-I1.25KW-CN、SMT-I1.25KW-SAA。本设计微电网中，每台微型单相光伏并网逆变器含有四路输入，分别连接四台光伏组件。其中该光伏组件为60片或72片的集合体，且该微型逆变器分别对四路光伏组件的每一台组件进行最大功率点跟踪和提取，同时根据提取的最大功率对每一路光伏组件的输出功率进行协调分配，使其形成多电平模式，再将提取的四路最大功率进行汇总，对汇总后的电压进行升压，对升压后的电压依次进行整流、滤波和相位变化，得到符合电网电压要求的电流和电压，并将该能量输入至电网。由此可见，该微型单相光伏并网逆变器的逆变效率高达95%以上，能使得光伏板的输出效率最大化。相比传统集中组串式逆变器，除逆变效率高、无端板效应外，还具有可低电压启动，弱光性能较好等优点。

另外，在整个微电网系统中，四台微型单相光伏并网逆变器运行状态和参数能通过RS485通信方式传输给三相切换控制主板的信号接入端，三相切换控制主板再把通信数据整合，通过485总线传输给通信集控器。最后根据用户自定义通信协议（如标准modbus协议等）把通信集控器的信息数据传给用户上位监控主机，方便用户实时监测和管理整个微电网系统运行状态。

如果用户没有自己的上位监控主机，则还可以将通信集控器接入无线局域网或蜂窝网，并通过WiFi或GPRS通信方式提供满足客户需求的监控方案。用户可在移动终端通过给定的用户账号登录监控系统网站，实时查看整个系统运行状况。

再就该三相5KW微电网的运行控制方法来理解，同前所述该微电网利用单独配设于每一相线路中电流互感器采集负载电流，并信号反馈至三相切换控制主板；对应每一相线路配置一台微型单相光伏并网逆变器连接并网，且配置一台第四微型单相光伏并网逆变器接入三相切换控制主板；利用三相切换控制主板的采样信号接口接收电流互感器所采集的负载电流，利用三相切换控制主板的输出端LA、LB、LC接入三相电路，并利用三相切换控制主板的MCU处理判断最大负载相，切换控制第四微型单相光伏并网逆变器面向各个输出端的通断。

该三相切换控制主板对每一相线路的负载电流进行比较得到最大负载相线路，并设置切换输出的触发点为最大负载相线路与当前第四微型单相光伏并网逆变器转接输入的一相线路的关联性，当最大负载相即为当前转接输入的一相线路时保持并网，当最大负载相并非当前转接输入的一相线路时将第四微型单相光伏并网逆变器转接输入最大负载相线路。

当然该微电网的功率大小根据应用环境自定义设置，通过调整逆变器规格参数或增减光伏组件接入数实现，非本发明请求保护的重点，故省略实例详述。

综上对于本发明三相5KW微电网及其运行控制方法结合图示的实施例详述，可以充分理解其带来的显著进步性：本发明一方面通过将该微电网接入三相市电，能利用规模化接入的光伏组件发电回馈、以补偿三相市电的功率损耗，保障了工业应用对供能强度的需求；另一方面，能够通过对三相线路的负载判断，自适应地增大对最大负载相线路的光伏供能，有利于三相电网平衡。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。