太陽能光伏併網逆變器及太陽能變頻空調系統的製作方法
2023-05-31 09:34:01 2
專利名稱：太陽能光伏併網逆變器及太陽能變頻空調系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力電子及家用電器技術領域，具體涉及一種應用於空調裝置的太陽能光伏併網逆變器及使用該逆變器的太陽能變頻空調系統。
背景技術：
作為21世紀最有潛力的能源，太陽能以其清潔環保、蘊藏豐富等優點逐步得到開發利用。目前已出現太陽能空調器，大多為熱管式，其原理是以太陽能加熱熱管或熱水，再用熱管或熱水的熱能製冷或制熱，其太陽能利用較為有限。隨著太陽能在家用電器中應用的研究深入，室外機或房屋頂部安裝太陽能電池板的空調器亦成為研究開發熱點。但空調使用時間較為有限，當有足夠陽光而空調器待機或開啟時間不多時太陽能電池將處於滿電待機狀態，這對太陽能電池資源是一種較大浪費。為此有必要考慮將太陽能電能反饋給市電或其它家用電器，由此解決市電白天用電量大、供電不足的情況。公開號為CN102005975A的發明專利公開說明書提出了一種太陽能空調裝置及由其組成的太陽能空調系統，可在蓄電單元充電後，把多餘的電能逆變輸送給市電。但由於使用太陽能時增加了蓄電儲能單元，明顯加大了系統的安裝及維護成本，同時該專利也未對太陽能光伏逆變系統具體如何實現作具體闡述。
發明內容
有鑑於此，本發明提供一種採用DSP控制的太陽能光伏併網逆變器及使用該逆變器的太陽能變頻空調系統，其中併網逆變器的主要功能是將空調系統所附太陽能電池輸出
的直流電逆變成與市電同相的交流電，並反饋市電及供本家庭其它家用電器使用，具體而 、
H 本發明的第一個目的是，提供一種太陽能光伏併網逆變器解決方案，以充分利用太陽能空調產生的電能，同時將多餘的電能反饋併入市電電網或供其它家用電器使用。本發明的第二個目的是，提供一種使用上述併網逆變器的太陽能變頻空調解決方案。該方案中，變頻空調優先使用太陽能產生的電能，當太陽能產生的電能不夠時空調自動接入市電，以滿足家庭使用需要。為實現本發明第一個目的，本發明提供的技術方案是一種太陽能光伏併網逆變器，包括功率電路和對所述功率電路進行控制的控制電路，所述功率電路包括DC/DC單元、 DC/AC單元及濾波單元，所述DC/DC單元將太陽能電池陣列輸出的低壓直流電轉換為高壓直流電，所述DC/AC單元將高壓直流電轉換為市電交流電，所述濾波單元連接在所述DC/ AC單元和市電電網之間；所述控制電路包括主控電路及MPPT單元，所述主控電路從所述功率電路中採集數字和/或模擬信號，完成相應運算後對所述功率電路中的功率器件進行控制，所述MPPT單元動態追蹤太陽能電池陣列的最大功率點，調節太陽能電池陣列的工作點ο較優地，所述主控電路包括DSP及其外圍電路、信號檢測及調理電路、驅動電路及保護電路，其中所述信號檢測及調理電路完成強弱電隔離、電平轉換和信號放大及濾波， 以滿足所述DSP對各路信號電平範圍和信號質量要求；所述驅動電路實現提高脈衝驅動能力和隔離的作用；所述保護電路保證發生故障時，從硬體上直接封鎖輸出脈衝信號。較優地，所述功率電路包括DClink單元，連接在所述DC/DC單元和所述DC/AC單元之間。較優地，所述控制電路包括中間電壓檢測單元，連接在所述主控電路和所述 DClink單元之間。較優地，所述控制電路包括IGBT驅動單元，連接在所述主控電路和所述DC/AC單元之間。較優地，所述控制電路包括同步電壓檢測單元，檢測輸出電壓及市電電網電壓的相位，以控制輸出電壓及市電電網電壓同相。較優地，所述控制電路包括孤島效應檢測單元，實現主電網斷電時自動停止向電網供電。在此基礎上，為實現本發明第二個目的，本發明提供的技術方案是一種太陽能變頻空調系統，包括太陽能電池陣列、直流升壓模塊、上述太陽能光伏併網逆變器及直流變頻空調，所述太陽能電池陣列、直流升壓模塊及直流變頻空調依次連接，所述太陽能光伏併網逆變器連接在所述直流升壓模塊和市電電網之間通過將光伏併網逆變器接入直流升壓模塊，可採集多餘的太陽能並反饋至市電電網。較優地，市電電網和所述直流變頻空調之間連接有整流濾波器。當系統檢測到太陽能電力能量不足時，通過控制市電經整流及平滑濾波後給直流變頻空調的控制器提供電力供應，以保證直流變頻空調器的正常使用。較優地，所述直流升壓模塊和所述整流濾波器之間連接有隔離二極體。通過微控制器控制直流升壓模塊升壓，使直流變頻空調器工作在最優狀態當太陽能量足夠時使其 DC電壓略高於市電整流後的直流電壓，保證直流變頻空調4優先使用太陽能；當太陽能發電不足時自動切換至市電驅動，以保證空調足夠的運行能力。與現有技術相比，本發明提供太陽能和市電雙電源變頻空調系統，可以太陽能和市電共同驅動空調運行，使太陽能即得即用成為現實，由此大大降低了生產成本，讓太陽能空調走進尋常百姓家庭成為可能。當空調空閒或太陽能有剩餘時，通過本發明公開的光伏逆變系統亦可回饋市電電網，不僅節約能源，又利於環境保護。
圖1為應用本發明太陽能光伏併網逆變器的光伏併網控制系統的組成框圖；圖2為應用本發明光伏併網逆變器的太陽能變頻空調系統的組成框圖。
具體實施例方式為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面給出優選的實施例，並結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。實施例1參見圖1，表示應用本發明太陽能光伏併網逆變器的光伏併網控制系統的一較優實施例。所述太陽能光伏併網逆變器2應用於太陽能變頻空調系統的光伏併網控制系統， 包括功率電路及對功率電路進行控制的控制電路，其中所述功率電路包括太陽能電池陣列1與市電電網3之間的DC/DC單元21、Dclink單元22、DC/AC單元23及濾波單元M ；所述控制電路包括以DSP為核心的主控電路^、MPPT單元25、中間電壓檢測單元^、IGBT驅動單元27及電壓同步檢測單元28 (輸出電流及電壓同步檢測單元)。以下分別對各部件進行描述。上述DC/DC單元21完成太陽能電池陣列1所提供低壓直流電向高壓直流電的轉換，同時通過MPPT單元25調節太陽能電池陣列1的工作點，動態的追尋太陽能電池陣列1 的最大功率點。上述DClink單元22連接在DC/DC單元21和DC/AC單元23之間，可起到限流或
緩衝等作用。上述DC/AC單元23完成高壓直流電向市電交流電的轉換，同時使輸出電壓與市電電網電壓同相位及保持較高的功率因數。上述太陽能光伏併網逆變器2與市電電網之間連接有濾波單元24，防止逆變器對市電電網3產生幹擾。上述主控電路四為以主控制器(DSP)為核心的控制電路，可從功率電路中採集數字及模擬信號，並進行相應運算後完成對功率器件的控制，以實現DC/DC及DC/AC兩級能量變換的功能。上述MPPT單元25可最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking，即能夠實時偵測太陽能板的發電電壓，並追蹤最高電壓電流值VI，使系統以最高的效率對蓄電池充電)，由此實現動態追蹤太陽能電池陣列的最大功率點，調節太陽能電池陣列的工作點。以上將太陽能光伏逆變器2劃分為功率電路與控制電路進行描述，實際上將其劃分為前級電路和後級電路也可方便地進行分析，簡述如下以下進一步對圖1所示應用於太陽能光伏逆變器的光伏併網控制系統進行說明。 該系統採用兩級式設計前級為升壓斬波器，後級為全橋式逆變器；前級用於最大功率追蹤，後級實現對併網電流的控制，且控制都是由DSP主控晶片協調完成的。具體而言前級DC/DC單元21為Boost升壓斬波電路，(因為T/t off值遠大於 1，輸出電壓高於電源電壓，故稱升壓斬波電路，也稱為boost變換器或Boost Converter)， 將太陽能電池輸出的低壓直流電變換為340V左右的高壓直流電；後級為單相全橋逆變電路，逆變後得到220V/50HZ或60Hz的交流電。上述前級電路組成為太陽能電池陣列1、DC/DC單元21、DCLink單元22、中間電壓檢測單元26、MPPT單元25。上述後級電路組成為DC/AC單元23、IGBT驅動單元27、電壓同步檢測單元28、濾波單元M。上述電路完成中間電壓Vdc、市網電壓、併網電流和太陽能電池的電壓及電流信號採樣後送至主控電路四。該主控電路四主要包括DSP及其外圍電路、信號檢測及調理電路、驅動電路及保護電路，其中信號檢測及調理單元主要完成強弱電隔離、電平轉換和信號放大及濾波等功能，以滿足DSP控制系統對各路信號電平範圍和信號質量的要求；驅動電路起到提高脈衝的驅動能力和隔離的作用；邏輯保護電路則保證發生故障時，系統能從硬體上直接封鎖輸出脈衝信號。值得注意的是，本實施例特別設置MPPT單元25，其控制的最終目的在於動態的追尋太陽能電池板的最大功率點。此外，上述系統的控制電路中也有孤島效應檢測單元(圖未示出)，通過增加反孤島效應的軟體設計，使其具有孤島效應檢測功能。這樣，當主電網斷電時併網逆變器自動停止向市電電網3供電。實施例2參見圖2，表示應用本發明光伏併網逆變器的太陽能變頻空調系統的一較優實施例，其包括太陽能電池陣列1、直流升壓模塊5、隔離二極體6、太陽能光伏逆變器2、直流變頻空調4。圖2所示方案中，由於上述光伏併網逆變器2連接直流升壓模塊5，可採集多餘的太陽能並反饋至市電電網3。這一方案附帶有光伏併網逆變控制系統，從而可省去蓄電池部分，由此大大降低太陽能變頻空調系統的生產及維護成本。以下進一步對圖2所示太陽能變頻空調系統的工作原理及工作過程進一步進行說明。 如圖2所示系統中，太陽能電池陣列1產生低壓直流電，經過直流升壓模塊5升壓至340V高壓直流電。該高壓直流電一方面直接接入直流變頻空調4並經其內置逆變器處理後驅動變頻空調運轉；另一方面，當直流變頻空調4空閒時，該高壓直流電通過太陽能光伏逆變器2處理後回饋市電電網3，供用戶其它家用電器使用。上述系統中，市電電網3和直流變頻空調4之間連接有整流濾波器7，當太陽能電池陣列1產生的電能不夠時，直流變頻空調4能自動切換市電供電方式，以保證空調的正常運行。同時，由於在直流升壓模塊5與整流濾波器7之間接有隔離二極體6，通過太陽能光伏逆變器2控制其輸出直流電壓略高於市電整流後的電壓，自動保證直流變頻空調系統優先使用太陽能。本實例中太陽能能電池陣列1採用普通太陽能電池板，一塊太陽能電池板通常輸出產生15-42V，0-200W，根據負載大小可以採用多塊太陽能電池板並聯使用。當系統檢測到太陽能電力能量不足時，通過控制市電經整流及平滑濾波後給直流變頻空調控制器提供電力供應，以保證變頻空調器的正常使用。順便指出的是，上述系統中太陽能光伏逆變器2與直流變頻空調4的主控晶片可共同採用一個DSP晶片，這不僅保證系統的整體協調，也有利於降低生產成本。以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本發明的限制，本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。對於本發明各個實施例中所闡述，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種太陽能光伏併網逆變器，包括功率電路和對所述功率電路進行控制的控制電路，其特徵在於，所述功率電路包括DC/DC單元、DC/AC單元及濾波單元，所述DC/DC單元將太陽能電池陣列輸出的低壓直流電轉換為高壓直流電，所述DC/AC單元將高壓直流電轉換為市電交流電，所述濾波單元連接在所述DC/AC單元和市電電網之間；所述控制電路包括主控電路及MPPT單元，所述主控電路從所述功率電路中採集數字和/或模擬信號，完成相應運算後對所述功率電路中的功率器件進行控制，所述MPPT單元動態追蹤太陽能電池陣列的最大功率點，調節太陽能電池陣列的工作點。
2.如權利要求1所述的太陽能光伏併網逆變器，其特徵在於，所述主控電路包括DSP及其外圍電路、信號檢測及調理電路、驅動電路及保護電路，其中所述信號檢測及調理電路完成強弱電隔離、電平轉換和信號放大及濾波，以滿足所述DSP對各路信號電平範圍和信號質量要求；所述驅動電路實現提高脈衝驅動能力和隔離的作用；所述保護電路保證發生故障時，從硬體上直接封鎖輸出脈衝信號。
3.如權利要求1所述的太陽能光伏併網逆變器，其特徵在於，所述功率電路包括 DClink單元，連接在所述DC/DC單元和所述DC/AC單元之間。
4.如權利要求3所述的太陽能光伏併網逆變器，其特徵在於，所述控制電路包括中間電壓檢測單元，連接在所述主控電路和所述DClink單元之間。
5.如權利要求1所述的太陽能光伏併網逆變器，其特徵在於，所述控制電路包括IGBT 驅動單元，連接在所述主控電路和所述DC/AC單元之間。
6.如權利要求1所述的太陽能光伏併網逆變器，其特徵在於，所述控制電路包括同步電壓檢測單元，檢測輸出電壓及市電電網電壓的相位，以控制輸出電壓及市電電網電壓同相。
7.如權利要求1 6任一項所述的太陽能光伏併網逆變器，其特徵在於，所述控制電路包括孤島效應檢測單元，實現主電網斷電時自動停止向市電電網供電。
8.一種太陽能變頻空調系統，其特徵在於，包括太陽能電池陣列、直流升壓模塊、如權利要求1 7任一項所述的太陽能光伏併網逆變器及直流變頻空調，所述太陽能電池陣列、 直流升壓模塊及直流變頻空調依次連接，所述太陽能光伏併網逆變器連接在所述直流升壓模塊和市電電網之間。
9.如權利要求8所述的太陽能變頻空調系統，其特徵在於，市電電網和所述直流變頻空調之間連接有整流濾波器。
10.如權利要求9所述的太陽能變頻空調系統，其特徵在於，所述直流升壓模塊和所述整流濾波器之間連接有隔離二極體。
全文摘要
本發明公開一種太陽能光伏併網逆變器，包括功率電路和控制電路，功率電路包括DC/DC單元、DC/AC單元及濾波單元；控制電路包括主控電路及MPPT單元，以便從功率電路中採集數字和/或模擬信號，完成相應運算後對功率電路中的功率器件進行控制，並動態追蹤太陽能電池陣列的最大功率點，調節太陽能電池陣列工作點。本發明還公開一種太陽能變頻空調系統，包括太陽能電池陣列、直流升壓模塊、太陽能光伏併網逆變器及直流變頻空調，太陽能電池陣列、直流升壓模塊及直流變頻空調依次連接，太陽能光伏併網逆變器連接在直流升壓模塊和市電電網之間。本發明實現以太陽能和市電共同驅動空調運行，在空調空閒或太陽能有剩餘時，可將電能回饋市網。
文檔編號H02J3/38GK102291026SQ20111024025
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者崔嚴鵬, 方湘濤, 鄭祖義, 金聽祥, 陳育鋒 申請人:廣東志高空調有限公司