专利名称：智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电系统，具体涉及一种智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，以及这种并网发电系统的操作方法。
背景技术：
太阳能光伏发电，主要有离网和并网两种方式。其中离网太阳能光伏发电利用太阳能电池产生的电能，直接供用电器使用，也可以使用蓄电池进行储能；并网太阳能光伏发电将太阳能电池产生的电能进行逆变之后，与公共电网连接实现并网，用于发电。现有的离网光伏发电系统一般容量较小，具有结构简单、造价低的特点，缺点是为了保证在不同阳光条件下能够提供足够的电能，以及在阴雨雾天和夜间等无阳光条件下也能长时间发电，需要配备大大超过负载负荷的太阳能电池和蓄电池，成本大大提高，同时因为蓄电池的寿命较短，维护困难，而且废弃的蓄电池会对环境造成二次污染。根据电网安全稳定的要求，要求并网发电的系统必须具有完善可控的监控和管理手段，出于技术经济性和管理的便利，现有并网的光伏发电系统一般容量很大，因此并网光伏发电系统的设计要求高，管理复杂，占地面积极大，建设成本很高，这种模式无法在城市中进行推广，而且大规模并网光伏电站与城市负荷中心距离很远，按照当前电网运行水平，国内电网的综合线损率在6%左右，因远距离电能传输带来的损耗很大，降低了光伏电站的技术经济性。为了改善能源结构，发展清洁能源，国家对光伏发电给予了包括建设补贴和电价补贴等政策进行鼓励，但只有大规模并网光伏电站才有资格获得这些补贴。电网公司也出台政策鼓励小型光伏电站并网，但相关要求高，操作专业性强，并不适合普通用户参与建设。利用居民、单位屋顶建设的太阳能光伏电站具有单体规模小、成本低、与负荷点重合等优势，是国家政策扶持的建设模式，但当前的自动孤岛检测技术都无法达到100%的可靠，如果大量的微型电站接入电网并网运行，则会因可能发生的孤岛效应带来巨大的电网不稳定和人身设备安全问题，成为分布式微电网运行管理的难题。
发明内容
针对现有光伏发电系统存在的问题，本发明的目的是提供一种智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，利用城市家庭屋顶建设太阳能光伏电站，充分利用城市空间；太阳能家庭屋顶并网电站可运行于并网和离网两种模式，利用并网运行方式，在白天阳光充足时产生的光伏能源可以进入公共电网，在夜晚或阳光不足时从公共电网取得电能，双向电能交换从而避免使用大量的蓄电池，离网运行模式时可作为家庭应急电源使用，组成家庭微电网；在用户侧具有明显的断开点，使用视频监控进行远程核查和管理；利用远程管理的中控系统，实现对每一个太阳能家庭屋顶并网电站的实时监控，结合工作票人工操作与程序化操作，根据电网运行要求远程控制电站的并网分、合操作，使光伏发电管理平台纳入电力系统集中管理，保证公共电网的安全稳定。完成上述发明目的的技术方案是:一种智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，屋顶光伏组件的输出端与逆变器连接，通过并网开关及双向计量装置将逆变后的光伏能源送入电网；其特征在于，本智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法中设有智能测控主机和安防监控单元，所述屋顶光伏组件、逆变器、并网开关和安防监控单元分别与智能测控主机连接，进行信号传输和通信所述的智能测控主机通过远程通信网络与监控系统主站连接；太阳能家庭屋顶并网电站接入公共电网的监控系统主站处，设有由操作人员进行交互认证控制的手动控制器。所述的“由操作人员进行交互认证控制的手动控制器”，可以是设备硬件，也可以由软件构成。本智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法中具有蓄电池接口，可设有或不设有蓄电池(即，蓄电池3作为可选件)；设有蓄电池时，该蓄电池与智能测控主机连接。参照图1:本发明是由屋顶光伏组件1、逆变器2、蓄电池3、并网开关4、安防监控单元5和智能测控主机6组成太阳能家庭屋顶并网电站10，监控中心主站20为远程部分，太阳能家庭屋顶并网电站10和监控中心主站20之间通过远程通信网络30连接。屋顶光伏组件I的输出端与逆变器2连接，通过并网开关4及双向计量装置4将逆变后的光伏能源送入电网；蓄电池3作为可选件，与逆变器2连接；屋顶光伏组件1、逆变器2、蓄电池3、并网开关4和安防监控单元5分别与智能测控主机6连接，进行信号传输和通信。逆变器2包括光伏组件接口 21、蓄电池接口 22、功率逆变单元23、供电控制开关24、逆变器控制单元25、双向计量单元26、交流并网接口 27和数据通信接口 28。光伏组件接口 21和蓄电池接口 22分别连接屋顶光伏组件I和蓄电池3，将直流电引入功率逆变电源并控制蓄电池的充放电。供电控制开关可以控制功率逆变单元输出的交流电与家庭电网以及并网开关4所连接的公共电网之间的连接关系。逆变器控制单元25与功率逆变单元23、供电控制开关24和双向计量单元26连接，检测交直流电路和各单元的状态，控制逆变器的运行。双向计量单元26通过交流并网接口 27连接到公共电网，可以计算太阳能家庭屋顶并网电站10与公共电网之间交换的实时功率和电能量，其电流和功率具有方向，因此可以对流出和流入的电能量进行双向计量。逆变器控制单元25通过数据通信接口 28实现与外界其他设备的数据交换。并网开关4包括欠压检测单元41、过流检测单元42、过热检测单元43、并网开关控制器44、主开关状态监测单元45、脱扣线圈46、数据通信接口 47和主开关48。欠压检测单元41、过流检测单元42、过热检测单元43分别连接到并网开关控制器44，对通过主开关48的电压、电流以及温度进行检测，当出现欠压、过流或过热情况时将信息发送到并网开关控制器44。并网开关控制器44接到欠压、过流或过热信号时，将启动保护程序，向脱扣线圈46发送控制信号，使主开关48跳闸。主开关监测单元45可以将主开关48的位置状态反馈给并网开关控制器44，用于相关的跳、合闸逻辑控制。脱扣线圈48用于推动主开关48的拉闸动作，并保证主开关48的状态不能自行恢复。并网开关控制器44通过数据通信接口 47与智能测控主机6通信，传输状态、动作数据，并在智能测控主机6的控制下，接收并执行监控系统主站20的操作命令，包括跳闸和合闸。安防监控单元5包括监控摄像机51、定位系统52、入侵检测单元53、振动和倾角传感器54、安防控制器55、时钟单元56、报警器57和数据通信接口 58。监控摄像机51与安防控制器55连接，提供视频信号，用于家庭安防监控，远程确认并网开关位置，实时观察电站设备的安全和状态；定位系统52、入侵检测单元53、振动和倾角传感器54分别连接到安防控制器55，提供定位信息和入侵检测信号，时钟单元56为运算控制器55提供准确的实时钟，实现数据和事件记录具有可靠的时间戳，便于查询和管理，安防控制器55根据布防要求经综合判断后利用报警器57发出报警，并通过数据通信接口 58上传安防报警信息。智能测控主机6包括光伏组件监控单元61、逆变器监控单元62、并网开关监控单元63、安防监控单元64、运算控制器65、时钟单元66、数据存储单元67、电网监测单元68和远程通信接口 69。其中光伏组件监控单元61连接屋顶光伏组件1，逆变器监控单元62连接逆变器2和蓄电池3，并网开关监控单元63连接并网开关4，安防监控接口 54连接安防监控单元5，并分别与运算控制器65连接，实现对太阳能家庭屋顶并网电站10各主要部件的实时状态监测与运行控制。时钟单元66为运算控制器65提供准确的实时钟，实现数据和事件记录具有可靠的时间戳，便于查询和管理。数据存储单元67与运算控制器65连接，提供设备配置参数和历史数据的存储。运算控制器65连接电网监测单元68获取家庭电网和公共电网的电压、频率等参数，用于逆变和防孤岛控制。运算控制器65通过远程通信接口 69，利用远程通信网络30与监控系统主站进行通信，完成数据交换和控制指令的传输。远程通信网络30可采用以太网、光纤等有线通信方式，或全球移动通讯系统、通用无线分组业务、码分多址、第三代数字通信、全球微波互联接入或无线保真的适用于远程无线网络连接的方式中的一种以及两种或多种方式的组合。监控系统主站20包括通信前置机201、数据库202、应用服务器203、用户终端204和手动控制器205，通信前置机201与数据库202和应用服务器203通过通信接口互连，应用服务器203与用户终端204互连，手动控制器205与用户终端204互连。本发明所述的家庭屋顶，是广泛意义上的屋顶，不仅包括住宅楼顶、别墅屋顶、遮阳篷和阳台等，还包括商业楼宇、企业厂房、山坡滩涂空地等可安装太阳能光伏电站的空间，均属于本发明所述的“家庭屋顶”。太阳能家庭屋顶并网电站10可安装居民楼、别墅等建筑物的屋顶或遮阳篷之上，也可以安装在商业楼宇、企业厂房、山坡滩涂空地等位置，智能测控主机6采集和记录太阳能家庭屋顶并网电站10的运行数据，通过远程通信网络30，发送至监控系统主站20 ;监控系统主站20安装于用户处，监控系统主站20通过远程通信网络30，将命令发送至太阳能家庭屋顶并网电站10的智能测控主机6，智能测控主机6在解析命令后，根据命令向监控系统主站20返回所需要的数据，并控制太阳能家庭屋顶并网电站10的工作模式。太阳能家庭屋顶并网电站10接入公共电网的操作，需要通过监控系统主站由操作人员进行交互认证控制，具有工作票人工操作和程序化操作结合的特点，参照图8，操作方法的步骤为:
步骤1，对于需要并网的太阳能家庭屋顶并网电站10，用户需通过监控系统主站20申请并生成并网操作工作票，由操作人员按照工作票步骤进行操作；
步骤2，操作者首先要利用太阳能家庭屋顶并网电站10中安防监控单元5提供的视频确定并网开关4中的主开关48处于离网位置，如主开关48位置不正确则记录操作失败并停止并网操作；
步骤3，在视频确认太阳能家庭屋顶并网电站10已处在离网状态后，监控系统主站20下发并网命令,相关太阳能家庭屋顶并网电站10中的智能测控主机接收并解析并网命令后，根据预留的安全密钥进行验证，如果验证失败，则返回失败信息并停止并网操作；
步骤4，如果并网命令验证成功，则智能监测主机6根据并网动作规范，检测并网技术条件，如条件不满足则返回失败原因并停止并网操作；
步骤5，如果并网技术条件满足并网要求，智能监测主机6向监控系统主站20发送并网确认请求，由操作员人工再次确认并网操作,此时操作员还可取消并网并停止并网操作；步骤6，当操作员人工确认并网操作后，智能监测主机6启动并控制逆变器2的运行，将并网开关4切换到并网位置，完成并网操作，如果并网操作失败，则向监控系统主站20发送失败条件并停止并网操作；
步骤7，如果并网操作成功，操作员通过太阳能家庭屋顶并网电站10中安防监控单元5提供的视频确定并网开关4处于并网位置，至此完成并网操作。有益效果:本发明通过在屋顶安装太阳能光伏电站，适于小规模应用，使清洁能源能够深入千家万户，就地发电就地用电，避免电能的远距离传输，按照当前国内电网6%的综合线损率，以IOkV线路约8%，400V线路约10%的线损率计算，通过本发明就地发电就地用电即可减少5 12%的电力传输损耗，清洁能源可替代传统能源减少排放，减少损耗可以进一步减少传统能源消耗，充分实现节能减排，这一优势所产生的经济效益和环境效益在当前国内年用电量增长率超过5.5%的形势下显得更加显著；本发明采用太阳能光伏发电，白天有光照的时间产生电能，此时正是厂矿、企业、机关等单位的工作时间和用电高峰时段，也恰恰是家庭成员外出上班而减少用电的低谷；夜晚单位下班社会用电进入低谷，但家庭成员回家使家庭用电进入高峰时段；因此本发明采用并网方式使白天家庭用电低谷时产生的光伏电能输送到公共电网，可以降低电厂发电量和电网传输电量，减少能源消耗和传输损耗，夜晚家庭用电高峰时再从公共电网取回电能，通过家庭用电弥补社会用电减少带来的发电量需求降低，维持发电厂出力稳定和电网负荷均衡，这样一方面实现了家庭电能消耗的节约，另一方面为公共电网削峰填谷做出了贡献；本发明中作为选配的蓄电池是为少数供电不稳定场合作为应急电源使用的，在并网运行条件下完全可以不使用现有离网光电方式中必需的蓄电池，不需要巨大的放置空间和保温防护措施维持蓄电池储存环境的稳定，也避免因蓄电池寿命只有三到五年造成在整个寿命周期内需更换若干次，更减少了废旧蓄电池中铅等重金属和酸液对环境造成的二次污染；当前的自动化孤岛检测手段都无法达到100%的可靠，一旦防孤岛措施失灵或拒动，将对电网安全特别是人身安全带来巨大危害，本发明采用专门的并网开关，一方面作为光伏家庭屋顶光伏并网电站与公共电网之间的明显断开点，用于现场和远程确认电站并网、离网运行的标志和开关，另一方面并网开关的操作，特别是并网操作必须在管理人员的干预下由中控系统完成，确保分布式的电站不会因为孤岛效应保持错误的并网状态；本发明采用远程管理的中控系统，将分散的太阳能家庭屋顶并网电站纳入监控，化零为整，不仅可以利用大量的家庭屋顶，如住宅楼顶、别墅屋顶、遮阳篷和阳台等，安装太阳能屋顶电站，还可以安装在商业楼宇、企业厂房、山坡滩涂空地等位置，充分利用空间，一方面可以利用整体运营的分布式并网光伏电站对接国家政策，争取对清洁能源的补贴，另一方面通过中控系统的运营管理有序可控地接入公共电网，与公共电网的管理协调一致，易于实现，便于推广。
图1是本发明所述智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法的原理框图。图2是本发明所述智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法的逆变器的原理框图。图3是本发明所述智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法的并网开关的原理框图。图4是本发明所述智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法的安防监控单元的原理框图。图5是本发明所述智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法的智能测控主机的原理框图。图6是本发明所述智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法的监控系统主站的原理框图。图7是本发明所述智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法安装和运行的实施方式示意图。图8是本发明所述智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法远程控制并网操作的流程框图。
具体实施例方式实施例1，智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，如图1所示，本发明由屋顶光伏组件1、逆变器2、蓄电池3、并网开关4、安防监控单元5和智能测控主机6组成太阳能家庭屋顶并网电站10，监控中心主站20为远程部分。屋顶光伏组件I的输出端与逆变器2连接，通过并网开关4及双向计量装置4将逆变后的光伏能源送入电网；蓄电池3作为可选件，与逆变器2连接；屋顶光伏组件1、逆变器2、蓄电池3、并网开关4和安防监控单元5分别与智能测控主机6连接，进行信号传输和通信。屋顶光伏组件I是进行太阳能光伏转换的部件，将太阳能转换成直流电输送到逆变器2 ;逆变器2将直流电逆变为交流电，可以为家庭电网供电，并通过并网开关4与公共电网连接，逆变器2具有双向计量功能可实现太阳能家庭屋顶并网电站10与公共电网之间电能量交换的记录用于结算；并网开关4可作为太阳能家庭屋顶并网电站10与公共电网之间的明显断开点，保证并网、离网操作的可靠安全；智能测控主机6实现对太阳能家庭屋顶并网电站10各主要部件的实时状态监测与运行控制。太阳能家庭屋顶并网电站10和监控中心主站20之间通过远程通信网络30连接，实现太阳能家庭屋顶并网电站10实时运行数据的上传，并根据监控中心主站20的命令控制各部件的运行，从而改变太阳能家庭屋顶并网电站10的运行模式。远程通信网络30可米用以太网、光纤等有线通信方式,或GSM(Global System forMobile Communications,全球移动通讯系统)，GPRS(General Packet Radio Service,通用无线分组业务)、CDMA (Code-Division Multiple Access,码分多址)、3G (3rd Generation,第三代数字通信)、WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access,全球微波互联接入)以及WIFI (Wireless Fidelity，无线保真)的适用于远程无线网络连接的方式中的一种以及两种或多种方式的组合。太阳能家庭屋顶并网电站10可运行在并网和离网两种模式，具体为:
并网模式:太阳能家庭屋顶并网电站10的各组成部分均正常工作，并网开关4工作于并网状态，太阳能家庭屋顶并网电站10可能处于发电状态也可能处于用电状态，逆变器2内置的双向计量单元26采集记录发电或用电的功率与电能，智能测控主机6与监控系统主站20建立固定的通信连接，太阳能家庭屋顶并网电站10可随时接收监控系统主站20的命令并及时反馈。离网模式:太阳能家庭屋顶并网电站10的并网开关4工作于离网状态，太阳能家庭屋顶并网电站10为家庭电网供电，智能测控主机6与监控系统主站20建立固定的通信连接，只有接收到监控系统主站20发出的并网命令才控制逆变器2和并网开关4动作，使太阳能家庭屋顶并网电站10切换到并网模式。如图2所示，控制开关可以控制功率逆变单元输出的交流电与家庭电网以及并网开关4所连接的公共电网之间的连接关系。逆变器控制单元25与功率逆变单元23、供电控制开关24和双向计量单元26连接，检测交直流电路和各单元的状态，控制逆变器的运行。双向计量单元26通过交流并网接口 27连接到公共电网，可以计算太阳能家庭屋顶并网电站10与公共电网之间交换的实时功率和电能量，其电流和功率具有方向，因此可以对流出和流入的电能量进行双向计量。逆变器控制单元25通过数据通信接口 28实现与外界其他设备的数据交换。如图3所示，并网开关4可实现对通过主开关48的电压、电流以及温度进行检测，当出现欠压、过流或过热情况时将信息发送到并网开关控制器44。并网开关控制器44接到欠压、过流或过热信号时，将启动保护程序，向脱扣线圈46发送控制信号，使主开关48跳闸。主开关监测单元45可以将主开关48的位置状态反馈给并网开关控制器44，用于相关的跳、合闸逻辑控制。脱扣线圈48用于推动主开关48的拉闸动作，并保证主开关48的状态不能自行恢复。并网开关控制器44通过数据通信接口 47与智能测控主机6通信，传输状态、动作数据，并在智能测控主机6的控制下，接收并执行监控系统主站20的操作命令。并网开关4的动作需要通过智能测控主机6，利用远程通信网络30与监控系统主站20交互后方可动作，特别是并网操作。当出现故障或检测到公共电网断电后，并网开关控制器44向脱扣线圈48发送控制信号使主开关48跳闸，并采集主开关监测单元45的信号得到主开关48的离网位置状态信息，利用数据通信接口 47发送给智能测控主机6，智能测控主机6利用远程通信网络30将相关跳闸信息发送到监控系统主站20。当公共电网复电后，并网开关控制器44并不会自动进行并网操作，而是等待监控系统主站20下发并网命令经智能测控主机6转发后，在各检测单元状态正常的条件下，控制主开关48合闸，进入并网状态，并采集主开关监测单元45的信号经智能测控主机6向监控系统主站20发送确认信息。如图4所示，安防监控单元5包括监控摄像机51、定位系统52、入侵检测单元53、振动和倾角传感器54、安防控制器55、时钟单元56、报警器57和数据通信接口 59。监控摄像机51可为用户提供视频信号，监视并网开关4的位置状态以供远程确认是否并网，实时观察屋顶光伏组件上的积灰和遮蔽情况，并可对家庭周边环境进行视频采集用于安防监控，包括电站设备的安全状态；定位系统52可采用GPS (Global Position System,全球定位系统)或移动基站定位方式，确定太阳能家庭屋顶并网电站10的位置，防止未授权的移动；入侵检测单元53可探测防区内的人员进入和活动；振动和倾角传感器54用于探测对太阳能家庭屋顶并网电站10的触动和移动。以上部件分别连接到安防控制器55，提供视频信号、定位信息和入侵检测信号，时钟单元56为运算控制器55提供准确的实时钟，实现数据和事件记录具有可靠的时间戳，便于查询和管理，安防控制器55根据布防要求经综合判断后利用报警器57发出报警，并通过数据通信接口 58上传安防报警信息。如图5所示，智能测控主机6包括光伏组件监控单元61、逆变器监控单元62、并网开关监控单元63、安防监控单元64、运算控制器65、时钟单元66、数据存储单元67、电网监测单元68和远程通信接口 69。其中光伏组件监控单元61连接屋顶光伏组件1，逆变器监控单元62连接逆变器2和蓄电池3，并网开关监控单元63连接并网开关4，安防监控接口 54连接安防监控单元5，并分别与运算控制器65连接，实现对太阳能家庭屋顶并网电站10各主要部件的实时状态监测与运行控制。时钟单元66为运算控制器65提供准确的实时钟，实现数据和事件记录具有可靠的时间戳，便于查询和管理。数据存储单元67与运算控制器65连接，提供设备配置参数和历史数据的存储。运算控制器65连接电网监测单元68获取家庭电网和公共电网的电压、频率等参数，用于逆变和防孤岛控制。运算控制器65通过远程通信接口 69，利用远程通信网络30与监控系统主站20进行通信，完成数据交换和控制指令的传输。当电网监测单元68检测到公共电网断电时，运算控制器65会向并网开关4发出跳闸命令，使系统进入离网状态，必要时可命令逆变器2停机。在离网状态时，当电网监测单元68检测到公共电网恢复供电时，运算控制器65将复电信息通过远程通信接口 69，利用远程通信网络30通知监控系统主站20，但不会启动逆变器2和命令并网开关4合闸，需要等待监控系统主站20下发并网命令，在监控系统主站20和操作人员的参与下，按照并网条件启动逆变器2并控制并网开关4合闸，进入并网状态，之后通过监控摄像机51视频和主开关监测单元45的信号获取主开关48的状态，通过远程通信接口 69，利用远程通信网络30，向监控系统主站20发送确认信息。如图6所示，监控系统主站20包括通信前置机201、数据库202、应用服务器203、用户终端204和手动控制器205，通信前置机201与数据库202和应用服务器203通过通信接口互连，应用服务器203与用户终端204互连，手动控制器205与用户终端204互连。通信前置机201可以根据计划任务，向太阳能家庭屋顶并网电站10发送命令，设置其工作模式，并收取太阳能家庭屋顶并网电站10发送的数据信息，提取、解释相关资料并保存于数据库202。数据库202用来保存太阳能家庭屋顶并网电站10的配置信息、工作状态及其控制参量。应用服务器203通过读取数据库202中的内容，借助用户终端204与使用者进行交互，根据使用者的要求将太阳能家庭屋顶并网电站10的工作状态进行显示；使用者还可以提出立即执行命令，应用服务器203直接通过通信前置机201向太阳能家庭屋顶并网电站10发送命令并即时获取现场数据，也可向太阳能家庭屋顶并网电站10发送离网或并网命令并即时获取现场动作反馈，并通过用户终端204显示。手动控制器205用于在用户远程控制太阳能家庭屋顶并网电站10的并网时，防止非授权操作和误操作。当用户通过用户终端204进行并网操作时，手动控制器205的功能被激活，用户按照用户终端204的提示在手动控制器205上进行操作，确保并网动作是在操作人员的有效控制下按步骤实现的。太阳能家庭屋顶并网电站10安装居民楼、别墅等建筑物的屋顶或遮阳篷之上，智能测控主机6采集和记录太阳能家庭屋顶并网电站10的运行数据，通过远程通信网络30，发送至监控系统主站20 ;监控系统主站20安装于用户处，监控系统主站20通过远程通信网络30，将命令发送至太阳能家庭屋顶并网电站10的智能测控主机6，智能测控主机6在解析命令后，根据命令向监控系统主站20返回所需要的数据，并控制太阳能家庭屋顶并网电站10的工作模式。如图7所示，对于本发明的现场实施，可在若干住宅楼、别墅的屋顶或遮阳篷上安装多组太阳能家庭屋顶并网电站10，通过一台监控系统主站20对这多组太阳能家庭屋顶并网电站10进行管理和通信，使用者即可利用这多点分布的监测数据，随时获得多组太阳能家庭屋顶并网电站10运行的实时信息，并可根据公用电网安全稳定运行的要求，随时控制一组或多组太阳能家庭屋顶并网电站10并网或离网。在正常运行时，每组太阳能家庭屋顶并网电站10中的智能测控主机6收集屋顶光伏组件I的太阳能发电数据、逆变器2的运行数据、蓄电池3的电压和充放电状态、并网开关4的位置状态数据以及智能测控主机6自身的运行状态数据，通过远程通信网络30传送至监控系统主站20进行处理、分析和显示，实现对多组太阳能家庭屋顶并网电站10运行状态的持续监测。当某组太阳能家庭屋顶并网电站10中的部件发生异常和故障，以及线路发生短路、断路、接地故障时，智能测控主机6根据采集的数据进行分析，发现故障现象的发生，记录并通过远程通信网络30向监控系统主站20发送故障报警信息，实现对太阳能家庭屋顶并网电站10故障和异常运行状态的监测。当需要某组太阳能家庭屋顶并网电站10脱离公共电网进入离网模式时，用户可通过监控系统主站20向太阳能家庭屋顶并网电站10发出离网命令，相关太阳能家庭屋顶并网电站10中的智能测控主机接收并解析离网命令后，根据离网动作规范，将并网开关4切换到离网位置，并控制逆变器2停机或工作在自用电状态，完成离网操作。如图8所示，当需要某组太阳能家庭屋顶并网电站10进入并网模式时，并网操作具有工作票人工操作和程序化操作结合的特点，具体步骤如下:对于需要并网的太阳能家庭屋顶并网电站10，用户需通过监控系统主站20申请并生成并网操作工作票，由操作人员按照工作票步骤进行操作；操作者首先要利用太阳能家庭屋顶并网电站10中安防监控单元5提供的视频确定并网开关4中的主开关48处于离网位置，如主开关48位置不正确则记录操作失败并停止并网操作；在视频确认太阳能家庭屋顶并网电站10已处在离网状态后，监控系统主站20下发并网命令，相关太阳能家庭屋顶并网电站10中的智能测控主机接收并解析并网命令后，根据预留的安全密钥进行验证，如果验证失败，则返回失败信息并停止并网操作；如果并网命令验证成功，则智能监测主机6根据并网动作规范，检测并网技术条件，如条件不满足则返回失败原因并停止并网操作；如果并网技术条件满足并网要求，智能监测主机6向监控系统主站20发送并网确认请求，由操作员人工再次确认并网操作，此时操作员还可取消并网并停止并网操作；当操作员人工确认并网操作后，智能监测主机6启动并控制逆变器2的运行，将并网开关4切换到并网位置，完成并网操作，如果并网操作失败，则向监控系统主站20发送失败条件并停止并网操作；如果并网操作成功，操作员通过太阳能家庭屋顶并网电站10中安防监控单元5提供的视频确定并网开关4处于并网位置，至此完成并网操作。
权利要求
1.一种智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，屋顶光伏组件的输出端与逆变器连接，通过并网开关及双向计量装置将逆变后的光伏能源送入电网；其特征在于，本智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法中设有智能测控主机和安防监控单元，所述屋顶光伏组件、逆变器、并网开关和安防监控单元分别与智能测控主机连接，进行信号传输和通信；所述的智能测控主机通过远程通信网络与监控系统主站连接；太阳能家庭屋顶并网电站接入公共电网的监控系统主站处，设有由操作人员进行交互认证控制的手动控制器。
2.根据权利要求1所述的智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，其特征在于，所述的逆变器上设有光伏组件接口、蓄电池接口、功率逆变单元、供电控制开关、逆变器控制单元、双向计量单元、交流并网接口和数据通信接口。
3.根据权利要求2所述的智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，其特征在于，所述的逆变器控制单元与功率逆变单元、供电控制开关和双向计量单元连接，检测交直流电路和各单元的状态，控制逆变器的运行，并连接双向计量单元通过交流并网接口连接到公共电网。
4.根据权利要求2所述的智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，其特征在于，所述的逆变器控制单元通过数据通信接口实现与外界其他设备的数据交换。
5.根据权利要求2所述的智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，其特征在于，所述的并网开关包括欠压检测单元、过流检测单元、过热检测单元、并网开关控制器、主开关状态监测单元、脱扣线圈、数据通信接口和主开关；其中欠压检测单元、过流检测单元、过热检测单元、主开关监测单元分别连接到并网开关控制器，提供欠压、过流或过热情况和主开关的位置状态，用于控制脱扣线圈使主开关跳闸，并网开关控制器通过数据通信接口与智能测控主机通信，反馈状态信息，接收并执行操作命令。
6.根据权利要求1 所述的智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，其特征在于，所述的安防监控单元中设有监控摄像机、定位系统、入侵检测单元、振动和倾角传感器、安防控制器、时钟单元、报警器和数据通信接口 ；其中，监控摄像机可提供视频信号，用于家庭安防监控，远程确认并网开关位置，实时观察电站设备的安全和状态；定位系统、入侵检测单元、振动和倾角传感器分别连接到安防控制器，提供视频信号、定位信息和入侵检测信号，时钟单元为运算控制器提供准确的实时钟，实现数据和事件记录具有可靠的时间戳；安防控制器根据布防要求经综合判断后利用报警器发出报警，并通过数据通信接口上传安防报警信息。
7.根据权利要求1所述的智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，其特征在于，所述的智能测控主机中设有光伏组件监控单元、逆变器监控单元、并网开关监控单元、安防监控单元、运算控制器、时钟单元、数据存储单元、电网监测单元和远程通信接口 ；其中光伏组件监控单元连接屋顶光伏组件，逆变器监控单元连接逆变器和蓄电池，并网开关监控单元连接并网开关，安防监控接口连接安防监控单元，并分别与运算控制器连接；数据存储单元与运算控制器连接，提供设备配置参数和历史数据的存储；运算控制器连接电网监测单元获取家庭电网和公共电网的电压、频率等参数，用于逆变和防孤岛控制；运算控制器通过远程通信接口，利用远程通信网络与监控系统主站进行通信，完成数据交换和控制指令的传输。
8.根据权利要求1所述的智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，其特征在于，所述的远程通信网络采用以太网有线通信方式、光纤有线通信方式；或采用全球移动通讯系统、通用无线分组业务、码分多址、第三代数字通信、全球微波互联接入或无线保真的适用于远程无线网络连接的方式中的一种以及两种或多种方式的组合。
9.根据权利要求1-8之一所述的智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，其特征在于，所述的监控系统主站中设有通信前置机、数据库、应用服务器、用户终端和手动控制器；其中，通信前置机与数据库和应用服务器通过通信接口互连，应用服务器与用户终端互连，手动控制器与用户终端互连。
10.权利要求1所述的智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统的操作方法，其特征在于，步骤如下: 步骤1，对于需要并网的太阳能家庭屋顶并网电站，用户需通过监控系统主站申请并生成并网操作工作票，由操作人员按照工作票步骤进行操作； 步骤2，操作者首先要利用太阳能家庭屋顶并网电站中安防监控单元提供的视频确定并网开关中的主开关处于离网位置，如主开关位置不正确则记录操作失败并停止并网操作； 步骤3，在视频确认太阳能家 庭屋顶并网电站已处在离网状态后，监控系统主站下发并网命令，相关太阳能家庭屋顶并网电站中的智能测控主机接收并解析并网命令后，根据预留的安全密钥进行验证，如果验证失败，则返回失败信息并停止并网操作； 步骤4，如果并网命令验证成功，则智能监测主机根据并网动作规范，检测并网技术条件，如条件不满足则返回失败原因并停止并网操作； 步骤5，如果并网技术条件满足并网要求，智能监测主机向监控系统主站发送并网确认请求，由操作员人工再次确认并网操作,此时操作员还可取消并网并停止并网操作； 步骤6，当操作员人工确认并网操作后，智能监测主机启动并控制逆变器的运行，将并网开关切换到并网位置，完成并网操作，如果并网操作失败，则向监控系统主站发送失败条件并停止并网操作； 步骤7，如果并网操作成功，操作员通过太阳能家庭屋顶并网电站10中安防监控单元提供的视频确定并网开关处于并网位置，至此完成并网操作。
全文摘要
智能中控式太阳能家庭屋顶并网发电系统及其操作方法，屋顶光伏组件输出端与逆变器连接，通过并网开关及双向计量装置将光伏能源送入电网；特征是系统中设有智能测控主机和安防监控单元，屋顶光伏组件、逆变器、并网开关和安防监控单元分别与智能测控主机连接，进行信号传输和通信；智能测控主机通过远程通信网络与监控系统主站连接。本发明可运行于并网和离网两种模式，实现了家庭电能消耗的节约，也为公共电网削峰填谷做出贡献；本发明接入公共电网需要通过监控系统主站由操作人员进行交互认证控制，可确保分布式的电站不因孤岛效应保持并网状态；可通过安防监控单元远程确认并网开关位置，监控电站设备的安全和状态；易于实现，便于推广。
文档编号H02J3/38GK103199559SQ20131007752
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年2月25日
发明者孟绍良, 杨祈伟, 李元艺 申请人:孟绍良