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        基于儲能逆變的一種錯峰用電節(jié)能裝置的研制與應(yīng)用

        2020-09-14 11:57:20徐麗春譚柯張東楊代民
        時代人物 2020年10期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工作原理

        徐麗春 譚柯 張東 楊代民

        關(guān)鍵詞:儲能式逆變節(jié)能裝置;系統(tǒng)結(jié)構(gòu);工作原理

        目前,全國居民用戶都實行了按月抄表并結(jié)算電費,當(dāng)累計用電量達到年度階梯電量分檔基數(shù)臨界點后,即開始實行階梯加價。采用本項目研究的節(jié)能控制設(shè)備,創(chuàng)新點在于上半部相當(dāng)于智能電表、下半部相當(dāng)于儲能式逆變器裝置、根據(jù)顯示電量,時間,再控制一個逆變器和充電器。作為家庭用時,晚上可錯峰時間用電網(wǎng)電向設(shè)備充電,把電儲存起來,其他時間段由該設(shè)備向家庭供電,避開高峰期.延伸到可以和太陽能,風(fēng)能并網(wǎng)使用。

        儲能式逆變器節(jié)能裝置的系統(tǒng)研究

        本項目研究的儲能式節(jié)能裝置,作為一般家庭使用,峰值功率3000千瓦,按1000千瓦工作4小時,即4000千瓦時??紤]到可設(shè)置充放電時間及市電與逆變器的切換,需要設(shè)計一款自動充電、逆變的節(jié)能裝置,即從市電充電—>電池組—>用戶的模式,充電效率考慮為9 5%,逆變效率考慮為9 5%,故總體變換效率為0.95*0.95=0.90%,而一般供電部門是8:00—22:00共14小時稱為峰段,執(zhí)行峰電價為0.568元/kwh;22:00—次日8:00共10個小時稱為谷段,執(zhí)行谷電價為0.288元/kwh。高峰用電,一般指用電單位較集中,供電緊張時的用電,價格差了50%多,減去10%的損耗,還有40%的差價,即理論上可節(jié)約40%的電費。這就是該課題研究的意義所在。

        方案確定

        主要技術(shù)指標及主要器件選型

        (1)供電電源。輸入電源電壓AC 2 2 0V±2 0% 5 0H z 功耗≤10W;

        ( 2 ) 輸出脈沖電流 電壓。電流:0~1 5 A ( 峰值);電壓:220V±5%;最大功率3KW。

        (3)輸出脈沖波形和占空比:輸出波形:方波;占空比:50%

        (4)監(jiān)控功能。具有電流電壓監(jiān)控和脈沖寬度監(jiān)控功能。

        根據(jù)上面的假設(shè),我們按滿足一個家庭使用選擇主要器件,如下:

        電池組:72V鋰電組,按4000千瓦時計算,選72V55AH。

        充電器:額定充電電壓72V 充電電流10A,額定充電功率1000W。4小時充滿電池。

        高效率逆變器組,額定功率3000W,最大峰值功率6000千瓦,選用72V額定電壓(與鋰電池配套)。

        2.2主要技術(shù)方案

        本設(shè)計考慮整體性和可移動搬運方便,設(shè)計為箱式小車模式。因PLC系統(tǒng)時間運行時誤差較大,故包括用網(wǎng)絡(luò)時鐘校驗時間的方案,網(wǎng)絡(luò)時鐘使用無線發(fā)送模塊與PLC控制器(含無線接收器)通訊,進行時間的校準。PLC控制器通過控制接觸器可與充電器、逆變器、電網(wǎng)、市電連接,逆變器一端與電池連接,另一端通過切換接觸器與家庭用電設(shè)備連接,市電接觸器與充電器連接,再連到電池,儲能式逆變節(jié)能控制裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

        圖1 儲能式逆變節(jié)能裝置控制裝置結(jié)構(gòu)圖

        儲能式逆變節(jié)能裝置主要結(jié)構(gòu)

        本設(shè)計為箱式小車模式,主控制器采用西門子SMART ST20PLC,通訊模塊為西門子PLC模塊CM01,直流電流、電壓采樣采用西門子PLC_4AD模擬模塊,觸摸屏采用MCGS金屬版的10寸觸摸屏。面板上包括電池狀態(tài)指示器、鑰匙開關(guān)、觸摸屏、逆變器啟動輸出按鈕、逆變停止輸出按鈕、逆變輸出指示燈、市電輸出指示燈。主要設(shè)置有輸出電壓、電流顯示控制儀表、輸出狀態(tài)指示,顯示整流、逆變和正常工作狀態(tài)。內(nèi)部布局及面板布置詳見圖2及圖3。

        圖2 儲能式逆變器主要結(jié)構(gòu)圖

        圖3 儲能式逆變器面板主要功能圖

        儲能式逆變節(jié)能裝置電路設(shè)計

        儲能式逆變節(jié)能裝置電源部分接線設(shè)計。本項目研制的儲能式逆變節(jié)能分電源部分和電控兩個部分、電源部分包括充電繼電器、逆變繼電器、24V電源、電源輸出接觸器、充電器和鋰電池組成。詳細電路如下:

        圖4 儲能式逆變節(jié)能裝置電源部分接線圖

        儲能式逆變節(jié)能裝置電氣控制部分設(shè)計。電氣控制部分包括:觸摸屏、PLC、PLC_AD模塊、串口、無線通訊模塊、網(wǎng)絡(luò)時鐘,詳細接線圖如下:

        圖5 儲能式逆變節(jié)能裝置控制系統(tǒng)接線圖

        儲能式逆變節(jié)能裝置流程控制設(shè)計。電路設(shè)計監(jiān)控時間的設(shè)計,采用時間專用芯片,自帶電池,溫控晶振,通過網(wǎng)絡(luò)時鐘自動校準,年誤差在1S內(nèi),通過網(wǎng)絡(luò)傳給PLC,充電、放電電流通過采用電阻,由可編程控制器智能控制,帶過流過壓保護,并在錯峰時間內(nèi)自動啟動;逆變供家庭使用,錯峰時間自動啟停,并防止過度放電傷害蓄電池。自動穩(wěn)壓功能設(shè)計,在160V—260V范圍內(nèi)自動穩(wěn)壓到220V正負5%,保護家用電器。特別是農(nóng)村有些電壓低的地方,有很好的作用。采用IGBT自斬波技術(shù),PWM自適應(yīng)技術(shù),提高蓄電池的轉(zhuǎn)化效益,真正做到高效節(jié)能??刂颇J娇煞质謩幽J胶妥詣幽J剑謩幽J街饕阌跈z查設(shè)備,自動運行可用于無人的全自動逆變控制運行,詳細程序流程如下:

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