空調器的供電系統以及基於光伏供電的家庭微網系統的製作方法

2023-05-12 02:54:36

空調器的供電系統以及基於光伏供電的家庭微網系統的製作方法
【專利摘要】本發明提出一種空調器的供電系統，其中，空調器包括直流負載和交流負載，該供電系統包括：直流供電裝置，直流供電裝置包括光伏陣列和直流變換器，直流變換器用於將光伏陣列輸出的直流電轉換為負載用電以為直流負載供電；交流供電裝置，用於為交流負載供電。本發明的空調器的供電系統，可以保證空調器用電，並省電節能，滿足用戶需求。本發明還提出一種基於光伏供電的家庭微網系統。
【專利說明】空調器的供電系統W及基於光伏供電的家庭微網系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電器【技術領域】，特別涉及一種空調器的供電系統，W及基於光伏供電 的家庭微網系統。

【背景技術】
[0002] 空調器是家庭用電中的主要電器之一，在用戶使用空調器時，消耗的電能和支付 的電費遠遠大於不使用空調器的時候，因此，人們急迫地希望空調器可W省電節能。另外， 空調器目前一般採用的是市電，例如直流變頻空調器，需要採用交流的市電，因而需要額外 的整流電路和功率因數校正電路，將交流電轉換為直流電，再將直流電傳輸至空調器使用， 因為電能經過的轉換環節越多，損耗越大，所W，不僅增加了空調器的成本，還降低了電能 的利用率。


【發明內容】

[0003] 本發明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術問題之一。為此，本發明需 要提出一種空調器的供電系統，該供電系統可W保證空調器用電，並省電節能，滿足用戶需 求。
[0004] 本發明的還提出一種基於光伏供電的家庭微網系統。
[0005] 為解決上述問題，本發明一方面實施例提出一種空調器的供電系統，所述空調器 包括直流負載和交流負載，所述供電系統包括：直流供電裝置，所述直流供電裝置包括光伏 陣列和直流變換器，所述直流變換器用於將所述光伏陣列輸出的直流電轉換為負載用電W 為所述直流負載供電；交流供電裝置，用於為所述交流負載供電。
[0006] 根據本發明實施例的空調器的供電系統，通過直流供電裝置和交流供電裝置分別 為空調器的直流負載和交流負載進行供電，也就是交直流分別供電，其中，通過直流供電裝 置直接供電於直流負載，從而節省了相關技術中採用交流電供電直流負載的整流部分等額 外的設別，降低了供電成本，通過採用光伏陣列提供直流，從而可W節省現有的採用市電供 電的電能消耗，進而減少用戶用電支付費用。
[0007] 在本發明的一些實施例中，其中，所述直流負載包括第一類直流負載和第二類直 流負載，所述直流變換器包括：升壓變換器，用於將光伏陣列輸出的直流電進行升壓並將升 壓後的直流電輸出至第一直流母線，W為所述第一類直流負載供電；降壓變換器，用於將所 述第一直流母線上的直流電進行降壓並將降壓之後的直流電輸出至第二直流母線W為所 述第二類直流負載供電。
[0008] 其中，所述升壓變換器採用最大功率點追蹤MPPT (Maximum Power化int Tracking)方式對所述光伏陣列的功率輸出進行控制。
[0009] 可W保證光伏陣列W最大功率輸出。
[0010] 具體地，所述降壓變換器包括：功率開關模塊，所述功率開關模塊與所述第一直流 母線連接，所述功率開關模塊包括；第一控制模塊；第一功率開關，所述第一功率開關的控 制端與所述第一控制模塊連接，所述第一功率開關的第一端與所述第一直流母線的正極端 連接；第二功率開關，所述第二功率開關的控制端與所述第一控制模塊連接，所述第二功率 開關的第一端與所述第一功率開關的第二端連接，所述第二功率開關的第二端與所述第一 直流母線的負極端連接，所述第一功率開關的第二端與所述第二功率開關的第一端之間具 有第一節點；第H功率開關，所述第H功率開關的控制端與所述第一控制模塊連接，所述第 H功率開關的第一端與所述第一直流母線的正極端連接；第四功率開關，所述第四功率開 關的控制端與所述第一控制模塊連接，所述第四功率開關的第一端與所述第H功率開關的 第二端連接，所述第四功率開關的第二端與所述第一直流母線的負極端連接，所述第H功 率開關的第二端與所述第四功率開關的第一端之間具有第二節點；變壓器模塊，所述變壓 器模塊包括初級線圈和次級線圈，所述次級線圈的面數小於所述初級線圈的面數，其中，所 述初級線圈的一端與所述第一節點連接，所述初級線圈的另一端與所述第二節點連接；整 流輸出模塊，所述整流輸出模塊包括：第一二極體，所述第一二極體的一端與所述第二直流 母線的正極端連接；第二二極體，所述第二二極體的一端與所述第一二極體的另一端連接， 所述第二二極體的另一端與所述第二直流母線的負極端連接，所述第二二極體的一端與所 述第一二極體的另一端之間具有第H節點，所述第H節點與所述次級線圈的一端連接；第 H二極體，所述第H二極體的一端與所述第二直流母線的正極端連接；第四二極體，所述第 四二極體的一端與所述第H二極體的另一端連接，所述第四二極體的另一端與所述第二直 流母線的負極端連接，所述第四二極體的一端與所述第H二極體的另一端之間具有第四節 點，所述第四節點與所述次級線圈的另一端連接。
[0011] 具體地，在本發明的一些實施例中，所述交流供電裝置可W為市電供電裝置，所述 市電供電裝置輸出交流電至交流母線W為所述交流負載供電。
[0012] 另外，在本發明的一些實施例中，所述交流供電裝置包括；光伏逆變器，用於將所 述第一直流母線上的直流電逆變為交流電並將逆變後的交流電輸出至交流母線W為所述 交流負載供電。
[0013] 通過將光伏陣列輸出的直流電逆變為交流電直接提供交流電，從而可W適用於沒 有市電的地區。
[0014] 具體地，所述光伏逆變器包括：第一電容，所述第一電容的一端與所述第一直流母 線的正極端連接，所述第一電容的另一端與所述第一直流母線的負極端連接；逆變橋模塊， 所述逆變橋模塊包括：第二控制模塊；第五功率開關，所述第五功率開關的控制端與所述 第二控制模塊連接，所述第五功率開關的第一端與所述第一直流母線的正極端連接；第六 功率開關，所述第六功率開關的控制端與所述第二控制模塊連接，所述第六功率開關的第 一端與所述第五功率開關的第二端連接，所述第六功率開關的第二端與所述第一直流母線 的負極端連接，所述第五功率開關的第二端與所述第六功率開關的第一端之間具有第五節 點；第走功率開關，所述第走功率開關的控制端與所述第二控制模塊連接，所述第走功率開 關的第一端與所述第一直流母線的正極端連接；第八功率開關，所述第八功率開關的控制 端與所述第二控制模塊連接，所述第八功率開關的第一端與所述第走功率開關的第二端連 接，所述第八功率開關的第二端與所述第一直流母線的負極端連接，所述第走功率開關的 第二端與所述第八功率開關的第一端之間具有第六節點；濾波器模塊，所述濾波器模塊包 括第二電容和電感，所述電感的一端與所述第五節點連接，所述第二電容的一端與所述電 感的另一端連接，所述第二電容的另一端與所述第六節點連接；變壓器模塊，所述變壓器模 塊包括初級線圈和次級線圈，其中，所述初級線圈的一端分別與所述第二電容的一端和所 述電感的另一端連接，所述初級線圈的另一端與所述第二電容的另一端連接，所述次級線 圈與所述交流母線連接。
[0015] 在本發明的一些實施例中，所述供電系統還包括；蓄電池組和充放電控制器，所述 充放電控制器根據所述光伏陣列的工作狀態W及所述蓄電池組的電量控制所述蓄電池組 進行充放電。
[0016] 在本發明的一些實施例中，所述光伏陣列為多個，所述供電系統還包括：匯流箱， 用於將多個光伏陣列輸出的直流電匯集至所述第一直流母線。
[0017] 基於上述方面實施例的空調器的供電系統，本發明的另一方面實施例提出一種基 於光伏供電的家庭微網系統，該家庭微網系統包括：上述方面實施例所述的空調器的供電 系統；W及直流電器和交流電器，所述直流電器由直流供電裝置供電，所述交流電器由交流 供電裝置供電。
[0018] 根據本發明實施例的基於光伏供電的家庭微網系統，通過上述方面實施例中的空 調器的供電系統中的直流供電裝置和交流供電裝置分別為家庭中的直流電器和交流電器 進行供電，使得光伏供電不僅可W滿足空調器的用電還可W為家庭中的其他直流電器和交 流電器供電，從而擴大了光伏供電的功能和作用，可W滿足不同電器的用電需求。
[0019] 在本發明的一些實施例中，所述直流電器包括第一類直流電器和第二類直流電 器，其中，所述第一類直流電器通過第一直流插座與第一直流母線連接；所述第二類直流電 器通過第二直流插座與第二直流母線連接。
[0020] 具體地，所述第二直流插座為USB插孔結構，所述第二直流插座為內埋式插孔結 構。
[0021] 另外，所述交流電器通過交流插座與交流母線連接。
[0022] 本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 本發明上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0024] 圖1為根據本發明的一個實施例的空調器的供電系統的框圖；
[00巧]圖2為根據本發明的一個具體實施例的家庭微網系統的示意圖；
[0026] 圖3為根據本發明的另一個具體實施例的空調器的供電系統中低壓變換器的電 路W意圖；
[0027] 圖4為根據本發明的再一個具體實施例的家庭微網系統的示意圖；
[0028] 圖5為根據本發明的再一個具體實施例的光伏逆變器的電路示意圖；
[0029] 圖6為根據本發明的一個實施例的基於光伏供電的家庭微網系統的框圖擬及
[0030] 圖7為根據本發明的一個具體實施例交流插座和直流插座的並排插線板的示意 圖。
[0031] 附圖標記
[0032] 供電系統1000、直流供電裝置200和交流供電裝置300,光伏陣列201和直流變換 器202,升壓轉換器2021和降壓轉換器2022,功率開關模塊01、變壓器模塊02和整流輸出 模塊03,光伏逆變器301，第一電容CU逆變橋模塊04、濾波器模塊05和變壓器模塊06,第 一直流母線1、第二直流母線2和交流母線3,第一控制器OlO和第二控制模塊041、第二電 容C2和電感以蓄電池組400和充放電控制器500,匯流箱600,家庭微網系統2000,直流電 器3000和交流電器4000,第一直流插座3100、第二直流插座3200和交流插座4100,交流插 座4100的面板5000和直流插座的面板6000。

【具體實施方式】
[0033] 下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0034] 下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡 化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，並且 目的不在於限制本發明。此外，本發明可W在不同例子中重複參考數字和/或字母。該種重 復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關係。此 夕F，本發明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可W意識到 其他工藝的可應用於性和/或其他材料的使用。另外，W下描述的第一特徵在第二特徵之 "上"的結構可W包括第一和第二特徵形成為直接接觸的實施例，也可W包括另外的特徵形 成在第一和第二特徵之間的實施例，該樣第一和第二特徵可能不是直接接觸。
[00巧]此外，術語"第一"、"第二"僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性 或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有"第一"、"第二"的特徵可W明示或 者隱含地包括至少一個該特徵。在本發明的描述中，"多個"的含義是至少兩個，例如兩個， H個等，除非另有明確具體的限定。
[0036] 在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，術語"安裝"、"相連"、 "連接"應做廣義理解，例如，可W是機械連接或電連接，也可W是兩個元件內部的連通，可 W是直接相連，也可W通過中間媒介間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可W根據 具體情況理解上述術語的具體含義。
[0037] 參照下面的描述和附圖，將清楚本發明的實施例的該些和其他方面。在該些描述 和附圖中，具體公開了本發明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發明的實施 例的原理的一些方式，但是應當理解，本發明的實施例的範圍不受此限制。相反，本發明的 實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵範圍內的所有變化、修改和等同物。
[0038] 下面參照附圖描述根據本發明實施例提出的空調器的供電系統W及基於光伏供 電的家庭微網系統。
[0039] 首先對本發明實施例的空調器的供電系統進行說明。圖1為根據本發明的一個實 施例的空調器的供電系統的框圖，其中，空調器100包括直流負載101和交流負載102,例 女口，直流負載101可W包括例如直流變頻壓縮機13、控制器15,交流負載102例如可W包括 室內風機11和室外風機12。
[0040] 如圖1所示，本發明的一個實施例的空調器的供電系統1000包括直流供電裝置 200和交流供電裝置300。
[0041] 直流供電裝置200包括光伏陣列201和直流變換器202。在實際中，光伏陣列201 可W安裝在屋頂之上，負責將光能轉換為電能W提供直流電，直流變換器202用於將光伏 陣列201輸出的直流電轉換為負載用電W為空調器100的直流負載101供電，例如，為空調 器100的壓縮機、控制器供電。其中，直流變換器202可W將光伏陣列201輸出的直流電轉 換為不同電壓的直流電W為不同的直流負載101供電。
[0042] 具體地，可W通過多個光伏陣列201進行直流供電，例如，如圖2所示，光伏陣列 201分別被安裝在屋頂的斜面上，完成光電轉換，進而通過直流轉換器202,將光伏陣列201 輸出的低壓直流電轉換為空調器100的各個直流負載101需要的電壓，從而實現對直流負 載101的供電。
[0043] 空調器100的交流負載102例如室內風機11和室外風機12可W由交流供電裝置 300進行供電。例如，圖2中所示，空調器100的室內風機11和室外風機12直接採用交流 市電供電。
[0044] 可W看出，本發明實施例的空調器的供電系統1000,將空調器100的交流和直流 供電分別提供，通過光伏陣列201和直流轉換器202實現對空調器100的直流負載101的 直接供電，無需額外的整流變換環節和/或電源適配器，從而可W降低空調器100供電的成 本，另外，直流負載101的供電由光伏陣列201提供，進而可W降低用戶支付的電費。
[0045] 進一步，空調器100的直流負載101可W包括第一類直流負載和第二類直流負載， 其中，可W認為第一類直流負載的供電電壓大於第二類直流負載的供電電壓。進而，直流轉 換器202包括升壓轉換器2021和降壓轉換器2022。升壓轉換器2021用於將光伏陣列201 輸出的直流電進行升壓並將升壓後的直流電輸出至第一直流母線1，W為第一類直流負載 供電，例如，直流變頻壓縮機13是空調器100主要的高壓直流負載，可W將升壓之後的直流 電直接提供至直流變頻壓縮機13,如圖2中，空調器100的直流變頻壓縮機13直接與第一 直流母線1連接。降壓變換器2022用於將第一直流母線1上的直流電進行降壓並將降壓之 後的直流電輸出至第二直流母線2, W為第二類直流負載供電，例如，圖2中，空調器100的 控制器15為低壓直流負載，控制器15直接與第二直流母線2連接，從而可W將降壓之後的 直流直接為控制器15進行供電。可W理解的是，空調器100中的直流負載101可W通過直 流轉換器202將光伏陣列201輸出的直流電轉換為對應負載的需求供電直接提供給負載， 而無需通過採取交流市電再轉換為直流提供至直流負載101。
[0046] 其中，在由多個光伏陣列201進行光電轉換時，升壓變換器2021採用多路最大功 率點追蹤MPPT方式對光伏陣列201的功率輸出分別進行控制，可W有效地提高位於不同斜 面的光伏陣列201的功率輸出，使得光伏陣列201均可W工作於各自的最大功率點，避免陰 影效應。
[0047] 其中，降壓轉換器2022具有電氣隔離的作用，可W採用帶有變壓器的全橋DC/DC 的直流轉換結構，在本發明的一個具體實施例中，如圖3所示，為根據本發明的一個具體實 施例的降壓轉換器2022的結構示意圖。降壓轉換器2022包括功率開關模塊01、變壓器模 塊02和整流輸出模塊03。
[0048] 功率開關模塊Ol與第一直流母線1連接，功率開關模塊Ol包括第一控制模塊 010、第一功率開關Q1、第二功率開關Q2、第H功率開關Q3和第四功率開關04,第一功率開 關Ql與第二功率開關Q2串聯，第H功率開關Q3和第四功率開關Q4串聯，然後兩組功率開 關再並聯。具體地，第一功率開關Ql的控制端與第一控制模塊OlO連接，第一功率開關Ql 的第一端與第一直流母線1的正極端連接；第二功率開關Q2的控制端與第一控制模塊OlO 連接，第二功率開關Q2的第一端與第一功率開關Ql的第二端連接，第二功率開關Q2的第 二端與第一直流母線1的負極端連接，第一功率開關Ql的第二端與第二功率開關Q2的第 一端之間具有第一節點Ol ;第H功率開關Q3的控制端與第一控制模塊OlO連接，第H功率 開關Q3的第一端與第一直流母線1的正極端連接；第四功率開關Q4的控制端與第一控制 模塊OlO連接，第四功率開關Q4的第一端與第H功率開關Q3的第二端連接，第四功率開關 Q4的第二端與第一直流母線1的負極端連接，第H功率開關Q3的第二端與第四功率開關 Q4的第一端之間具有第二節點02。
[0049] 變壓器模塊02包括初級線圈Tll和次級線圈T12,次級線圈T12的面數小於初級 線圈Tll的面數，例如，初級線圈Tll與次級線圈T12的面數比為n:l，n〉l。其中，初級線 圈Tll的一端與第一節點Ol連接，初級線圈T12的另一端與第二節點02連接。
[0050] 整流輸出模塊03包括第一二極體D1、第二二極體D2、第H二極體D3和第四二極 管D4,其中，第一二極體Dl和第二二極體D2串聯，第H二極體D3和第四二極體D4串聯， 然後兩組二極體並聯工程輸出電路。具體地，第一二極體Dl的一端與第二直流母線2的正 極端連接；第二二極體D2的一端與第一二極體Dl的另一端連接，第二二極體D2的另一端 與第二直流母線2的負極端連接，第二二極體D2的一端與第一二極體Dl的另一端之間具 有第H節點03,第H節點03與次級線圈T12的一端連接；第H二極體D3的一端與第二直 流母線2的正極端連接；第四二極體D4的一端與第H二極體D3的另一端連接，第四二極體 D4的另一端與第二直流母線2的負極端連接，第四二極體D4的一端與第H二極體D3的另 一端之間具有第四節點04,第四節點04與次級線圈T12的另一端連接。
[0051] 可W看出，變壓器模塊02的初級線圈Tll分別與兩組串聯功率開關的中性點相 連，次級線圈T12分別與串聯的兩組二極體的中性點連接。
[0052] 具體地，降壓轉換器2022的輸入電壓為第一直流母線1上的高壓直流電壓化n，通 過第一控制模塊OlO驅動互補的兩路PWM(Pulse Wi化h Mo化lation，脈寬調製）波信號，分 別控制功率開關的通斷，將直流電轉換為高頻交流電，再經過變壓器模塊02將高頻交流電 轉換為低壓的高頻交流電，最後經過由四個二極體構成的整流輸出模塊03變換為直流電 化Ut輸出，可W認為是一個直交直的變換過程。需要注意的是，第一控制模塊OlO輸出的 兩路互補的PWM波信號中要加入死區時間，W防止同一橋臂上下兩個功率開關怕1與Q2或 者Q3與Q4)的同時導通而造成短路故障。該降壓變換器2022的電壓傳輸比可W表示為： 化Ut =值/n)啡in,其中，n為變壓器模塊02初級線圈Tll與次級線圈T12的面數比，D為 PWM波的佔空比，例如，0<0<0. 5。因為有變壓器模塊02的存在，使得降壓變換器2022具有 電氣隔離的作用，實現了兩個不同電壓級別母線即第一直流母線1和第二直流母線2的隔 離，提高了系統的安全性。
[0053] 本發明實施例的空調器的供電系統1000中，通過交流供電裝置300為空調器100 的交流負載102進行供電，在有市電的地方，交流供電裝置300可W為市電供電裝置，如圖2 所示，市電供電裝置輸出工頻交流電至交流母線3 W為交流負載102供電，例如，空調器100 的室內風機11和室外風機12與交流母線3相連，室內風機11和室外風機12直接採用交 流市電。
[0054] 另外，在不能夠採用電網的地方，例如沒有電網架設的離島或者用電難的偏遠山 區，可W將第一直流母線1上的直流電轉換為交流電，進而為交流負載102供電。在本發明 的一個實施例中，如圖4所示，交流供電裝置300包括光伏逆變器301，光伏逆變器301用於 將第一直流母線1上的直流電逆變為交流電並將逆變後的交流電輸出至交流母線2 W為交 流負載102供電。
[0055] 也就是說，在有市電的情況下，供電系統1000的直流供電裝置200通過光伏陣列 201和直流轉換器202提供直流，交流部分由交流供電裝置300即市電提供，從而可W減少 逆變的環節，既提高了系統的可靠性，又提高了電能的利用率，因為經過的電能轉換環節越 多，電能損耗越大。而在沒有市電存在的情況下，再增加逆變環節，W滿足交流負載102的 供電需求。
[0056] 進一步地，如圖5所示，光伏逆變器301可W採用全橋DC/AC的逆變結構。光伏逆 變器301包括第一電容CU逆變橋模塊04、濾波器模塊05和變壓器模塊06。
[0057] 第一電容Cl的一端與第一直流母線1的正極端連接，第一電容Cl的另一端與第 一直流母線1的負極端連接，即第一電容Cl例如解禪電容並聯在輸入端，可W減小第一直 流母線1上紋波，進而減小光伏逆變器301輸出電流的T皿(Total Harmonic Distodion, 總諧波崎變）。
[0058] 逆變橋模塊04包括第二控制模塊041、第五功率開關Q5、第六功率開關Q6、第走 功率開關Q7和第八功率開關Q8,其中，第五功率開關Q5與第六功率開關Q6串聯之後再並 聯在解禪電容Cl之後，第走功率開關Q7和第八功率開關Q8串聯之後並聯在第五功率開關 Q5和第六功率開關Q6組成的電路之後。具體地，第五功率開關Q5的控制端與第二控制模 塊041連接，第五功率開關Q5的第一端與第一直流母線1的正極端連接；第六功率開關Q6 的控制端與第二控制模塊041連接，第六功率開關Q6的第一端與第五功率開關Q5的第二 端連接，第六功率開關Q6的第二端與第一直流母線1的負極端連接，第五功率開關Q5的第 二端與第六功率開關Q6的第一端之間具有第五節點05 ;第走功率開關Q7的控制端與第二 控制模塊041連接，第走功率開關Q7的第一端與第一直流母線1的正極端連接；第八功率 開關Q8的控制端與第二控制模塊041連接，第八功率開關Q8的第一端與第走功率開關Q7 的第二端連接，第八功率開關Q8的第二端與第一直流母線1的負極端連接，第走功率開關 Q7的第二端與第八功率開關Q8的第一端之間具有第六節點06。第二控制模塊041通過查 詢正弦表獲得（Sinusoidal Pulse Wi化h Modulation,正弦脈寬調製）信號，W驅動四個功 率開關組成的逆變橋。
[0059] 濾波器模塊05包括第二電容C2和電感以電感L的一端與第五節點05連接，第二 電容C2的一端與電感L的另一端連接，第二電容C2的另一端與第六節點06連接。通過濾 波器模塊05將逆變橋模塊04輸出電流的高次諧波濾除，其中，第二電容C2和電感L的選 取如下；Lf >化。U。。11)/化3P"f。)，其中Udc為第一直流母線1上的電壓，Uac為光伏逆變 器301輸出電壓，n為系統的效率，P。為輸出功率，f。為逆變橋模塊04中開關器件的開關 頻率，第二電容C2的選取取決於LC諧振的頻率乂 = J >取fs為基波頻率6〇Hz) 的15倍，其中，Lf為電感L的電感參數，Cf為第二電容C2的電容參數。
[0060] 變壓器模塊06包括初級線圈T21和次級線圈T22,其中，初級線圈T21的一端分別 與第二電容C2的一端和電感L的另一端連接，初級線圈T21的另一端與第二電容C2的另 一端連接，次級線圈T22與交流母線3連接，也就是，變壓器模塊06的初級線圈T21並聯在 第二電容C2的兩端，次級線圈T22連接在光伏逆變器301的輸出端。變壓器模塊06連接 在濾波器模塊05之後，主要起到隔離第一直流母線1和交流母線3的作用，提高系統安全 性。
[0061] 另外，如圖2或圖4所示，在本發明的實施例中，供電系統1000還包括蓄電池組 400和充放電控制器500,充放電控制器500根據光伏陣列201的工作狀態W及蓄電池組 400的電量控制蓄電池組400進行充放電。例如，在白天時，光伏陣列201可W進行發電，在 光伏陣列201輸出電能為空調器100的直流負載101供電的同時，充放電控制器500可W 獲取光伏陣列201輸出的富餘的電能存儲於蓄電池組400中，直到蓄電池組400的電量達 到限值，充放電控制器500控制蓄電池組400停止充電。在夜晚時，光伏陣列201不能夠進 行發電，則充放電控制器500控制蓄電池組400釋放電能，從而保證直流負載101的供電。
[0062] 另外，在光伏陣列201為多個時，供電系統1000還包括匯流箱600,匯流箱600用 於將多個光伏陣列201輸出的直流電匯集至第一直流母線1。例如圖2或圖4中所示，匯 流箱600連接在直流升壓器2021的輸出，將升壓之後的直流匯成一路輸出至第一直流母線 Io
[0063] 概括地說，光伏陣列201與升壓變換器2021相連，然後通過匯流箱600將電能輸 出匯成一路直流輸出，充放電控制器500和蓄電池組400接在匯流箱600的輸出上，第一直 流母線1接在匯流箱600和蓄電池組400之後，交流母線3與第一直流母線1是隔離的， 在有市電的情況下，交流母線3由市電直接供電，如果沒有市電，則由帶隔離的光伏逆變器 301連接第一直流母線1和交流母線3,空調器100的室內風機和室外風機與交流母線3相 連，空調直流變頻壓縮機與第一直流母線1相連，降壓變換器2022連接在第一直流母線1 和第二直流母線2之間，空調器100的控制器連接在第二直流母線2上，從而實現對空調器 100的供電。
[0064] 綜上所述，根據本發明實施例的空調器的供電系統，通過直流供電裝置和交流供 電裝置分別為空調器的直流負載和交流負載進行供電，通過直流供電裝置直接供電於直流 負載，從而節省了相關技術中採用交流電供電直流負載的整流部分等額外的設別，降低了 供電成本，通過採用光伏陣列提供直流，從而可W節省現有的採用市電供電的電能消耗，進 而減少用戶電費的支付。另外，母線之間採用電氣隔離，可W保證用電安全。
[006引另一方面，對於相關技術中的太陽能光伏空調，利用光伏電池的發電功能來給空 調器直接提供直流電，但目前所出現的光伏空調，除了商用的中央空調，一般的家用空調都 功率普遍較小，所用的光伏電池數量也很有限，僅僅局限在空調器的使用上，沒有充分發揮 出光伏發電的優勢。另外，家庭用電幾乎都是取用市電電網的交流電，但是，與空調器類似， 很多電器往往是需要使用直流電，例如，LED (Li曲t Emitting Diode,發光二極體）燈、各種 電池充電器等，因而，此類電器就免不了會有整流橋電路和平波環節或者是需要額外的電 源適配器，該無疑增加了成本，還降低了電能利用效率。
[0066] 另外，對於沒有電網架設到的離島或者偏遠地區，正常的家庭用電都會難W滿足。 可W看出，目前的家庭供電系統存在著W下不足：（1)、僅僅在空調器方面使用了太陽能，沒 有充分利用光伏發電的優勢。（2)、絕大部分家庭用電取用交流市電，還需要把交流電轉換 為直流電，額外地增加了直流供電電器的用電成本。（3)、家庭用電的多樣化，決定了單一的 交流或者直流供電都已經不能最優地滿足其需求。（4)、沒有市電電網的地方，家庭的基本 用電存在困難。
[0067] 針對W上問題，基於上述方面實施例的空調器的供電系統，本發明的另一方面實 施例提出一種基於光伏供電的家庭微網系統。下面對本發明實施例的基於光伏供電的家庭 微網系統進行說明。
[006引圖6為根據本發明的一個實施例的基於光伏供電的家庭微網系統的框圖。如圖6 所示，本發明實施例的基於光伏供電的家庭微網系統2000包括上述方面實施例的空調器 的供電系統1000、直流電器3000和交流電器4000。
[0069] 直流電器3000由直流供電裝置供電。具體地，如圖2或圖4所示，通過直流供電裝 置例如光伏陣列輸出直流電，進而通過直流變換器轉換為不同電壓輸出至直流母線，通過 直流母線，一部分直流電可W直接提供給空調器100的直流負載，家庭中的直流電器3000 也可W根據自身的供電需求連接不同的直流母線W獲取電能，滿足自身的工作需要。
[0070] 交流電器4000由交流供電裝置供電。具體地，如圖2或圖4所示，交流母線3匯 集來自交流供電裝置例如市電供電裝置或者通過光伏逆變器獲得的交流電，一部分可W直 接提供給空調器的交流負載例如室內風機和室外風機，另一部分可W提供給家庭中的其他 交流電器4000。
[0071] 可W理解的是，在沒有市電的離島或用電困難的偏遠山區，同樣地，可W通過直流 供電裝置的光伏陣列為家庭的直流電器3000供電，並通過光伏逆變器將第一直流母線1上 的直流電逆變為交流電匯集至交流母線3,從而保證家庭中交流電器4000的用電，滿足用 戶的用電需求。
[0072] 在本發明的一個實施例中，如圖2或4所示，直流電器3000包括第一類直流電器 和第二類直流電器，可W認為，第一類直流電器的供電電壓大於第二直流電器的供電電壓。 其中，第一類直流電器通過第一直流插座3100與第一直流母線1連接；第二類直流電器通 過第二直流插座3200與第二直流母線2連接。例如，第一直流母線1和第二直流母線2匯 集不同電壓的直流電，第一直流母線1可W通過與其連接的第一直流插座3100為第一類直 流電器供電，第二直流母線2可W通過與其連接的第二直流插座3200為第二類直流電器供 電。
[0073] 交流電器4000可W通過交流插座4100與交流母線3連接，換句話說，交流母線3 可W通過與其連接的交流插座4100為交流電器4000供電。如圖7為根據本發明的一個具 體實施例的直流插座和交流插座的插線面板的示意圖。需要說明的是，圖7中只是示例性 地給出了一種類型的插座，實際應用中插座的數目可W根據電器數量進行適當的增減。
[0074] 具體地，考慮到，第二類直流電器即家用低壓電器基本都具有USB數據線或者電 源線，W及，第一類直流電器的用電安全，在本發明的一個具體實施例中，第二直流插座 3200為USB插孔結構，第一直流插座3100為內埋式插孔結構。例如7所示，第一直流插座 3100可W被設計成高壓內埋筒式插孔，直流電壓的正極接在內筒，負極接在外筒，該些插 孔都具有防呆設計，不會出現誤插的事情，而且還具有防兒童觸電的功能。其中，交流插座 4100的插孔可W沿用現有的家用交流插孔。
[00巧]其中，交流插座4100的面板6000和直流插座的面板5000並排安裝，方便家庭使 化高低壓直流都有，可W滿足不同電壓級別家用電器的用電需求，免去了現有家用電器的 整流橋堆和/或電源適配器等額外的設備。另外，各個母線之間具有電器隔離的作用，從而 可W保證用戶通過插座用電安全。
[0076] 根據本發明實施例的基於光伏供電的家庭微網系統，通過上述方面實施例中的空 調器的供電系統中的直流供電裝置和交流供電裝置分別為家庭中的直流電器和交流電器 進行供電，使得光伏供電不僅可W滿足空調器的用電還可W為家庭中的其他直流電器和交 流電器供電，從而擴大了光伏供電的功能和作用，可W滿足不同電器的用電需求。另外，直 流電器通過直流插座直接與直流母線連接，從而節省了相關技術中通過將交流電轉換為直 流電的整流環節和/或電源適配器等額外設備，降低了成本，使得直流電器用電更加方便。 此外，在不同的母線之間具有電氣隔離作用，保證用電安全。本發明實施例的家庭微網系 統，可W通過交流供電裝置例如光伏逆變器將光伏陣列提供的直流電逆變為交流電，所W 可W在一定程度上解決沒有市電地區的用電困難。
[0077] 在本發明各個實施例中的各功能單元可W集成在一個處理模塊中，也可W是各個 單元單獨物理存在，也可W兩個或兩個W上單元集成在一個模塊中。上述集成的模塊既可 W採用硬體的形式實現，也可W採用軟體功能模塊的形式實現。所述集成的模塊如果W軟 件功能模塊的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，也可W存儲在一個計算機可讀取 存儲介質中。
[0078] 上述提到的存儲介質可W是只讀存儲器，磁碟或光碟等。
[0079] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特 點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不 一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可W在任何 的一個或多個實施例或示例中W合適的方式結合。
[0080] 儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可W 理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可W對該些實施例進行多種變化、修改、替換 和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1. 一種空調器的供電系統，其特徵在於，所述空調器包括直流負載和交流負載，所述供 電系統包括： 直流供電裝置，所述直流供電裝置包括光伏陣列和直流變換器，所述直流變換器用於 將所述光伏陣列輸出的直流電轉換為負載用電以為所述直流負載供電； 交流供電裝置，用於為所述交流負載供電。
2. 如權利要求1所述的空調器的供電系統，其特徵在於，其中，所述直流負載包括第一 類直流負載和第二類直流負載，所述直流變換器包括： 升壓變換器，用於將光伏陣列輸出的直流電進行升壓並將升壓後的直流電輸出至第一 直流母線，以為所述第一類直流負載供電； 降壓變換器，用於將所述第一直流母線上的直流電進行降壓並將降壓之後的直流電輸 出至第二直流母線以為所述第二類直流負載供電。
3. 如權利要求2所述的空調器的供電系統，其特徵在於，所述升壓變換器採用最大功 率點追蹤MPPT方式對所述光伏陣列的功率輸出進行控制。
4. 如權利要求2所述的空調器的供電系統，其特徵在於，所述降壓變換器包括： 功率開關模塊，所述功率開關模塊與所述第一直流母線連接，所述功率開關模塊包 括： 第一控制模塊； 第一功率開關，所述第一功率開關的控制端與所述第一控制模塊連接，所述第一功率 開關的第一端與所述第一直流母線的正極端連接； 第二功率開關，所述第二功率開關的控制端與所述第一控制模塊連接，所述第二功率 開關的第一端與所述第一功率開關的第二端連接，所述第二功率開關的第二端與所述第一 直流母線的負極端連接，所述第一功率開關的第二端與所述第二功率開關的第一端之間具 有第一節點； 第三功率開關，所述第三功率開關的控制端與所述第一控制模塊連接，所述第三功率 開關的第一端與所述第一直流母線的正極端連接； 第四功率開關，所述第四功率開關的控制端與所述第一控制模塊連接，所述第四功率 開關的第一端與所述第三功率開關的第二端連接，所述第四功率開關的第二端與所述第一 直流母線的負極端連接，所述第三功率開關的第二端與所述第四功率開關的第一端之間具 有第二節點；變壓器模塊，所述變壓器模塊包括初級線圈和次級線圈，所述次級線圈的匝數 小於所述初級線圈的匝數，其中，所述初級線圈的一端與所述第一節點連接，所述初級線圈 的另一端與所述第二節點連接； 整流輸出模塊，所述整流輸出模塊包括： 第一二極體，所述第一二極體的一端與所述第二直流母線的正極端連接； 第二二極體，所述第二二極體的一端與所述第一二極體的另一端連接，所述第二二極 管的另一端與所述第二直流母線的負極端連接，所述第二二極體的一端與所述第一二極體 的另一端之間具有第三節點，所述第三節點與所述次級線圈的一端連接； 第三二極體，所述第三二極體的一端與所述第二直流母線的正極端連接； 第四二極體，所述第四二極體的一端與所述第三二極體的另一端連接，所述第四二極 管的另一端與所述第二直流母線的負極端連接，所述第四二極體的一端與所述第三二極體 的另一端之間具有第四節點，所述第四節點與所述次級線圈的另一端連接。
5. 如權利要求1所述的空調器的供電系統，其特徵在於，所述交流供電裝置為市電供 電裝置，所述市電供電裝置輸出交流電至交流母線以為所述交流負載供電。
6. 如權利要求2所述的空調器的供電系統，其特徵在於，所述交流供電裝置包括： 光伏逆變器，用於將所述第一直流母線上的直流電逆變為交流電並將逆變後的交流電 輸出至交流母線以為所述交流負載供電。
7. 如權利要求6所述的空調器的供電系統，其特徵在於，所述光伏逆變器包括： 第一電容，所述第一電容的一端與所述第一直流母線的正極端連接，所述第一電容的 另一端與所述第一直流母線的負極端連接； 逆變橋模塊，所述逆變橋模塊包括： 第二控制模塊； 第五功率開關，所述第五功率開關的控制端與所述第二控制模塊連接，所述第五功率 開關的第一端與所述第一直流母線的正極端連接； 第六功率開關，所述第六功率開關的控制端與所述第二控制模塊連接，所述第六功率 開關的第一端與所述第五功率開關的第二端連接，所述第六功率開關的第二端與所述第一 直流母線的負極端連接，所述第五功率開關的第二端與所述第六功率開關的第一端之間具 有第五節點； 第七功率開關，所述第七功率開關的控制端與所述第二控制模塊連接，所述第七功率 開關的第一端與所述第一直流母線的正極端連接； 第八功率開關，所述第八功率開關的控制端與所述第二控制模塊連接，所述第八功率 開關的第一端與所述第七功率開關的第二端連接，所述第八功率開關的第二端與所述第一 直流母線的負極端連接，所述第七功率開關的第二端與所述第八功率開關的第一端之間具 有第六節點； 濾波器模塊，所述濾波器模塊包括第二電容和電感，所述電感的一端與所述第五節點 連接，所述第二電容的一端與所述電感的另一端連接，所述第二電容的另一端與所述第六 節點連接； 變壓器模塊，所述變壓器模塊包括初級線圈和次級線圈，其中，所述初級線圈的一端分 別與所述第二電容的一端和所述電感的另一端連接，所述初級線圈的另一端與所述第二電 容的另一端連接，所述次級線圈與所述交流母線連接。
8. 如權利要求1所述的空調器的供電系統，其特徵在於，所述供電系統還包括： 蓄電池組和充放電控制器，所述充放電控制器根據所述光伏陣列的工作狀態以及所述 蓄電池組的電量控制所述蓄電池組進行充放電。
9. 如權利要求2所述的空調器的供電系統，其特徵在於，所述光伏陣列為多個，所述供 電系統還包括： 匯流箱，用於將多個光伏陣列輸出的直流電匯集至所述第一直流母線。
10. -種基於光伏供電的家庭微網系統，其特徵在於，包括： 如權利要求1-9任一項所述的空調器的供電系統；以及 直流電器和交流電器，所述直流電器由直流供電裝置供電，所述交流電器由交流供電 裝置供電。
11. 如權利要求10所述的基於光伏供電的家庭微網系統，其特徵在於，所述直流電器 包括第一類直流電器和第二類直流電器，其中， 所述第一類直流電器通過第一直流插座與第一直流母線連接； 所述第二類直流電器通過第二直流插座與第二直流母線連接。
12. 如權利要求11所述的基於光伏供電的家庭微網系統，其特徵在於，所述第二直流 插座為USB插孔結構，所述第二直流插座為內埋式插孔結構。
13. 如權利要求10所述的基於光伏供電的家庭微網系統，其特徵在於，所述交流電器 通過交流插座與交流母線連接。
【文檔編號】H02J1/12GK104362612SQ201410567887
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月21日 優先權日:2014年10月21日
【發明者】吳志鵬 申請人:廣東美的製冷設備有限公司