變流器、光伏發(fā)用電系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種變流器、光伏發(fā)用電系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中光伏發(fā)用電系統(tǒng)的示意圖，如圖1所示，整個系統(tǒng)主要包括太陽能電池陣列10、光伏逆變器20’、公用電網(wǎng)30和用電負(fù)載40，其中，光伏逆變器20’ 一般包括斬波模塊(即，DC/DC模塊)21、逆變并網(wǎng)模塊22，、連接斬波模塊21和逆變并網(wǎng)模塊22的逆變器直流母線23’和控制器24。此種結(jié)構(gòu)的光伏發(fā)用電系統(tǒng)的特點是:
[0003]a)其功能是把太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電逆變回到公用電網(wǎng)，用電負(fù)載再就近從電網(wǎng)取電，用電負(fù)載包括空調(diào)、冰箱、儀器等各種各樣的用電設(shè)備。
[0004]b)光伏逆變器中的DC/DC模塊，也即直流電變直流電模塊，主要實現(xiàn)對太陽能電池陣列的最大功率追蹤(MPPT) ；DC/AC逆變并網(wǎng)模塊，也即直流電變交流電模塊，把從太陽能電池陣列輸出的能量逆變回公用電網(wǎng)；控制器，主要產(chǎn)生DC/DC模塊和DC/AC逆變并網(wǎng)模塊的PWM控制信號。
[0005]此種光伏發(fā)用電系統(tǒng)存在以下缺點:
[0006]I)能量流動方向單一。能量只能經(jīng)光伏逆變器流入電網(wǎng)，不能從電網(wǎng)流入光伏逆變器。
[0007]2)使用此光伏逆變器的太陽能用電系統(tǒng)效率較低。太陽能電池陣列發(fā)電的目的主要提供給用電負(fù)載系統(tǒng)使用，而其發(fā)的電先是經(jīng)過DC/AC逆變并網(wǎng)模塊逆變回電網(wǎng)，增加了逆變損耗。再者，用電負(fù)載從公共電網(wǎng)取電，需要經(jīng)AC/DC模塊整流成直流電，從而增加了整流損耗，加之，能量在電網(wǎng)中流動時因?qū)Ь€發(fā)熱增加了發(fā)熱損耗。
[0008]3)光伏逆變器無法直接接用電負(fù)載。由于太陽能電池陣列的瞬間輸出功率受氣候影響較大，當(dāng)輸出功率出現(xiàn)瞬間跌落時，會導(dǎo)致用電負(fù)載出現(xiàn)器件燒壞或各種異常保護(hù)。
[0009]4)公用電網(wǎng)斷電情況下，用電負(fù)載無法運(yùn)行。如果公用電網(wǎng)斷電，光伏逆變器必須切斷其與公用電網(wǎng)的連接，否則從太陽能電池板輸入的電能，經(jīng)光伏逆變器逆變回電網(wǎng)后會造成觸電的安全隱患。因此，用電負(fù)載也無法得電運(yùn)行。
[0010]5 )用電負(fù)載從公共電網(wǎng)取電的是交流電，其按50/60HZ頻率變化，方向有正負(fù)之分，快速變化的交流電會帶來電磁干擾(輻射、傳導(dǎo))等問題，對其本身和其它的用電設(shè)備的工作性能帶來一定的影響。
[0011]針對相關(guān)技術(shù)中光伏發(fā)用電系統(tǒng)能量流動方向單一的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的主要目的在于提供一種變流器、光伏發(fā)用電系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中光伏發(fā)用電系統(tǒng)能量流動方向單一的問題。
[0013]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種變流器。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的變流器包括:升壓模塊，用于連接太陽能電池陣列；整流逆變并網(wǎng)模塊，用于連接公用電網(wǎng)；變流器直流母線，連接在升壓模塊與整流逆變并網(wǎng)模塊之間，其中，變流器直流母線上具有母線接口，用于連接用電負(fù)載的負(fù)載直流母線；以及控制器，與升壓模塊和整流逆變并網(wǎng)模塊均相連接，用于通過升壓模塊控制太陽能電池陣列的輸出功率，并控制整流逆變并網(wǎng)模塊處于逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)。
[0015]進(jìn)一步地，變流器還包括:供電模塊，輸入端連接至變流器直流母線，輸出端與升壓模塊和整流逆變并網(wǎng)模塊均相連接。
[0016]進(jìn)一步地，變流器還包括:檢測電路，與變流器直流母線、負(fù)載直流母線均相連接，用于檢測太陽能電池陣列的輸出功率和用電負(fù)載的消耗功率，其中，控制器與檢測電路相連接，用于根據(jù)輸出功率和消耗功率的大小，控制整流逆變并網(wǎng)模塊處于逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)。
[0017]進(jìn)一步地，整流逆變并網(wǎng)模塊包括智能功率模塊IPM，控制器包括:第一加法器，正相輸入端接收變流器直流母線的電壓參考值，反相輸入端接收變流器直流母線的實時電壓值；第一調(diào)節(jié)器，輸入端與第一加法器的輸出端相連接，用于對電壓參考值和實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)，得到功率參考值；第一乘法器，第一輸入端與第一調(diào)節(jié)器的輸出端相連接，第二輸入端用于接收來自公用電網(wǎng)的實時相電壓值，用于將功率參考值與實時相電壓值進(jìn)行處理，得到相電流參考值；第二加法器，正相輸入端與第一乘法器的輸出端相連接，反相輸入端接收來自公用電網(wǎng)的實時相電流值；第二調(diào)節(jié)器，輸入端與第二加法器的輸出端相連接，用于將相電流參考值與實時相電流值的差值進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)；第三加法器，第一正相輸入端與第二調(diào)節(jié)器的輸出端相連接，第二正相輸入端用于接收實時相電壓值；變換器，與第三加法器的輸出端相連接，用于對第三加法器的輸出結(jié)果進(jìn)行變換，得到實時相電壓的相電壓參考值；以及第一比較器，第一輸入端與變換器的輸出端相連接，第二輸入端用于接收預(yù)設(shè)載波，輸出端與智能功率模塊IPM相連接，用于產(chǎn)生智能功率模塊IPM的控制信號。
[0018]進(jìn)一步地，整流逆變并網(wǎng)模塊包括智能功率模塊IPM，控制器包括:第四加法器，正相輸入端接收變流器直流母線的電壓參考值，反相輸入端接收變流器直流母線的實時電壓值；第三調(diào)節(jié)器，輸入端與第四加法器的輸出端相連接，用于對電壓參考值和實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到功率參考值；第二乘法器，第一輸入端接收輸出功率和消耗功率的差值，第二輸入端與第三調(diào)節(jié)器的輸出端相連接，第三輸入端接收來自公用電網(wǎng)的實時相電壓值，用于輸出相電流參考值；第五加法器，正相輸入端與第二乘法器的輸出端相連接，反相輸入端接收來自公用電網(wǎng)的實時相電流值；第四調(diào)節(jié)器，與第五加法器的輸出端相連接，用于將相電流參考值與實時相電流值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)；以及第二比較器，第一輸入端與第四調(diào)節(jié)器的輸出端相連接，第二輸入端用于接收預(yù)設(shè)載波，輸出端與智能功率模塊IPM相連接，用于產(chǎn)生智能功率模塊IPM的控制信號。
[0019]進(jìn)一步地，升壓模塊包括功率開關(guān)器件，其中，控制器通過控制功率開關(guān)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷時長，控制太陽能電池陣列的輸出功率。
[0020]進(jìn)一步地，變流器還包括:第一濾波器，連接在太陽能電池陣列與升壓模塊之間；和/或第二濾波器，連接在公用電網(wǎng)與整流逆變并網(wǎng)模塊之間。
[0021]進(jìn)一步地，第一濾波器為EMI濾波器，第二濾波器為LCL濾波器。
[0022]進(jìn)一步地，變流器還包括:冷卻模塊，用于對變流器進(jìn)行散熱。
[0023]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種光伏發(fā)用電系統(tǒng)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的光伏發(fā)用電系統(tǒng)包括:太陽能電池陣列；變流器，連接在太陽能電池陣列與公用電網(wǎng)之間，并具有變流器直流母線、通過變流器直流母線相連接的升壓模塊和整流逆變并網(wǎng)模塊、以及與升壓模塊和整流逆變并網(wǎng)模塊均相連接的控制器，其中，控制器用于通過升壓模塊調(diào)節(jié)太陽能電池陣列的輸出功率，并控制整流逆變并網(wǎng)模塊處于逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)；負(fù)載直流母線，連接至變流器直流母線；以及用電負(fù)載，與負(fù)載直流母線相連接。
[0025]進(jìn)一步地，光伏發(fā)用電系統(tǒng)還包括:匯流單元，連接在太陽能電池陣列與變流器之間。
[0026]進(jìn)一步地，變流器包括斷電檢測模塊，其中，在斷電檢測模塊檢測出公用電網(wǎng)斷電的情況下，變流器切斷與公用電網(wǎng)之間的連接。
[0027]進(jìn)一步地，變流器的數(shù)量為多個，多個變流器包括主變流器和從變流器，主變流器與從變流器通過CAN總線連接，并均與控制器相連接。
[0028]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種光伏發(fā)用電系統(tǒng)的控制方法。
[0029]其中，光伏發(fā)用電系統(tǒng)包括太陽能電池陣列、公用電網(wǎng)、用電負(fù)載和連接在太陽能電池陣列與公用電網(wǎng)之間的變流器，變流器具有整流逆變并網(wǎng)模塊，根據(jù)本發(fā)明的光伏發(fā)用電系統(tǒng)的控制方法包括:獲取太陽能電池陣列的輸出功率，并獲取用電負(fù)載的消耗功率；比較輸出功率與消耗功率的大??；在比較出輸出功率小于消耗功率的情況下，控制整流逆變并網(wǎng)模塊工作于整流狀態(tài)；以及在比較出輸出功率大于消耗功率的情況下，控制整流逆變并網(wǎng)模塊工作于逆變狀態(tài)。
[0030]進(jìn)一步地，變流器還具有升壓模塊，升壓模塊包括功率開關(guān)器件，其中，控制方法還包括:通過控制功率開關(guān)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷時長，控制太陽能電池陣列的輸出功率。
[0031]進(jìn)一步地，通過以下方式確定控制功率開關(guān)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷時長的控制信號:檢測太陽能電池陣列的實際電壓值；計算參考電壓值與實際電壓值的電壓差值；對電壓差值進(jìn)行比例積分運(yùn)算，得到參考電流值；檢測太陽能電池陣列的實際電流值；計算參考電流值與實際電流值的電流差值；以及對電流差值進(jìn)行比例積分運(yùn)算，得到控制信號。
[0032]進(jìn)一步地，控制方法還包括:對變流器進(jìn)行散熱。
[0033]進(jìn)一步地，采用以下冷卻方式中的至少一種冷卻方式對變流器進(jìn)行散熱:風(fēng)冷冷卻方式、水冷冷卻方式和氟冷冷卻方式。
[0034]進(jìn)一步地，變流器還具有變流器直流母線，通過以下方式產(chǎn)生控制整流逆變并網(wǎng)模塊工作于整流狀態(tài)的控制信號:獲取變流器直流母線的電壓參考值和實時電壓值；對電壓參考值和實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)，得到功率參