一種混合式逆變器以及控制方法
2023-10-23 16:12:32 4
一種混合式逆變器以及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種混合式逆變器，包括有與負載相連接的逆變器本體，逆變器本體與主控機相連接，其中，逆變器本體分別與光伏電池、蓄電池以及公共電網相連接，逆變器本體內設置有用於接收、處理測量裝置測得的物理量的數位訊號處理器、用於儲存逆變器運行數據的儲存晶片以及用於轉換控制信號的繼電器組，繼電器組上並聯一可控矽，數位訊號處理器與儲存晶片信號連接，繼電器組通過驅動電路與數位訊號處理器信號連接，儲存晶片與驅動電路信號連接；本發明結構簡單、能夠根據發電狀況和用電狀況進行自主調節工作模式，在保證負載用電需求的同時，提高太陽能的利用效率，且能保證負載的不間斷供電。
【專利說明】一種混合式逆變器以及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能發電設備的【技術領域】，特別涉及一種混合式逆變器以及控制方法。
【背景技術】
[0002]逆變器又稱電源調整器，根據逆變器在光伏發電系統中的用途可分為離網式逆變器和併網式逆變器二種；離網式逆變器即獨立型電源用逆變器。根據波形調製方式又可分為方波逆變器、階梯波逆變器、正弦波逆變器和組合式三相逆變器。對於用於併網系統的逆變器，根據有無變壓器又可分為變壓器型逆變器和無變壓器型逆變器。在我國「十一五」期間，諸如逆變器等光伏發電配套設備多處在研發和創新階段，較少受到政策關注。「十二五」時期，光伏發電市場的趨勢是向全產業鏈發展，晶矽、組件以外的配套設備將受到市場與政策的進一步關注，發改委將逆變器列入指導目錄鼓勵類，就是這一趨勢的體現。2010年，我國光伏併網容量達500兆瓦，逆變器市場在5億元左右。2011年6月，「十二五」國內的光伏裝機容量目標大幅上調到10GW，較之前公布的目標翻了一番。假設這些裝機全部併網，按照I元/瓦造價計算，預計到2015年，國內逆變器市場將達到100億元。隨著光伏逆變器行業競爭的不斷加劇，大型光伏逆變器企業間併購整合與資本運作日趨頻繁，國內優秀的光伏逆變器生產企業愈來愈重視對行業市場的研究，特別是對企業發展環境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因為如此，一大批國內優秀的光伏逆變器品牌迅速崛起，逐漸成為光伏逆變器行業中的翹楚。
[0003]併網式逆變器只能用於併網發電，而離網逆變器則存在太陽光照較弱時，負載用電受到限制的缺點，兩者都無法根據實際情況進行調節而滿足使用者的實際需求，因此其結構有待進一步改進。
[0004]為了克服現在裝置的缺點需要設計一種兼有併網和離網發電的優點，能充分利用光伏能源，又能保證用戶的實用需求的光伏發電裝置。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供結構簡單、能夠根據發電狀況和用電狀況進行自主調節工作模式，且能保證負載的不間斷供電的一種混合式逆變器以及控制方法。
[0006]本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為:
一種混合式逆變器，包括有與負載相連接的逆變器本體，逆變器本體與主控機相連接，其中，逆變器本體分別與光伏電池、蓄電池以及公共電網相連接，逆變器本體內設置有用於接收、處理測量裝置測得的物理量的數位訊號處理器、用於儲存逆變器運行數據的儲存晶片以及用於轉換控制信號的繼電器組，繼電器組中用於控制負載的繼電器上並聯一可控矽，數位訊號處理器與儲存晶片信號連接，繼電器組通過驅動電路與數位訊號處理器信號連接，儲存晶片與驅動電路信號連接；數位訊號處理器接收、處理測量裝置測得的物理量判斷發電狀況和用電狀況，選擇工作模式並發出控制信號。
[0007]為優化上述技術方案，採取的具體措施還包括:
上述的負載的控制電路與用於控制負載的繼電器的控制電路相併聯，負載的控制電路中連接有可控矽Q20和可控矽Q21，可控矽Q20和可控矽Q21方向相反設置。
[0008]上述的測量裝置與數位訊號處理器之間設置有A/D轉換器。
[0009]上述的測量裝置為電壓表、電流表、溫度計和其他物理量參數測量裝置。
[0010]上述的數位訊號處理器通過接口電路與主控機相連接。
[0011 ] 上述的數位訊號處理器通過接口電路與顯示器相連接。
[0012]上述的顯示器為IXD液晶屏顯示器或LED顯示器。
[0013]上述的工作模式為併網模式、離網模式和旁路模式。
[0014]一種混合式逆變器的控制方法，包括以下步驟:
步驟一、測量裝置測量光伏電池的發電量、蓄電池的儲電量以及負載的用電量，同時測量公共電網是否有市電，並將所測得的物理量發送至數位訊號處理器；
步驟二、數位訊號處理器接收、處理測量裝置測得的物理量計算、判斷發電狀況和用電狀況；
步驟三、數位訊號處理器根據判斷結果選擇工作模式並發出控制信號，繼電器組接收、轉換控制信號，並控制設備運行，模式轉換時，先導通可控矽，再完成繼電器組轉換，然後切斷可控矽；
步驟四、數位訊號處理器將接收數據和判斷結果發送至主控機，以供操作人員進行遠程監控和控制。
[0015]上述的步驟二中數位訊號處理器對物理量的計算算法是模糊控制算法。
[0016]與現有技術相比，本發明一種混合式逆變器，包括有與負載相連接的逆變器本體，逆變器本體與主控機相連接，其中，逆變器本體分別與光伏電池、蓄電池以及公共電網相連接，逆變器本體內設置有用於接收、處理測量裝置測得的物理量的數位訊號處理器、儲存晶片以及繼電器組，數位訊號處理器與儲存晶片信號連接，繼電器組通過驅動電路與數位訊號處理器信號連接，儲存晶片與驅動電路信號連接；測量裝置實時測量光伏電池、蓄電池、公共電網以及負載的電流、電壓等物理量，數位訊號處理器接收、處理測量裝置測得的物理量，判斷發電狀況和負載的用電狀況，根據判斷結果選擇工作模式並發出控制信號，控制信號由繼電器組轉換後控制光伏電池、蓄電池以及公共電網供電，從而實現對發電設備和負載的實時監控和控制；同時，數位訊號處理器將接收數據和判斷結果發送至主控機，以便操作人員在遠程進行監控和操作。模式轉換時，先導通可控矽，再完成繼電器組轉換，然後切斷可控矽，利用可控矽作為一個過渡，保證負載的不間斷供電。
[0017]本發明的混合式逆變器可以根據實時的發電狀況和用電狀況，自主選擇工作模式:併網模式、離網模式和旁路模式。併網模式下，光伏電池將所發的電輸送至公共電網，並向負載供電；離網模式下，光伏電池和蓄電池向負載供電；在旁路模式下，公共電網直接向負載供電。根據不同的光照條件選擇不同的模式向負載供電，在充分保證負載用電需求的同時，有效提高對太陽能的利用效率，特別適用於電網不穩定或電網供電成本較高的場合。
【專利附圖】
【附圖說明】[0018]圖1是本發明實施例結構示意圖；
圖2是本發明負載的控制電路；
圖3是本發明繼電器組中用於控制負載的繼電器的控制電路；
圖4是本發明逆變器的輸出電路；
圖5是公共電網與逆變器的連接電路。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0020]如圖1至圖5所示的實施例，圖標號說明:逆變器本體1、負載21、光伏電池22、蓄電池23、公共電網24、主控機3、接口電路31、測量裝置4、A/D轉換器41、數位訊號處理器5、儲存晶片6、繼電器組7、驅動電路71、可控矽8、顯示器9。
[0021]本發明
一種混合式逆變器，包括有與負載21相連接的逆變器本體1，逆變器本體I與主控機3相連接，其中，逆變器本體I分別與光伏電池22、蓄電池23以及公共電網24相連接，逆變器本體I內設置有用於接收、處理測量裝置4測得的物理量的數位訊號處理器5、用於儲存逆變器運行數據的儲存晶片6以及用於轉換控制信號的繼電器組7，繼電器組7中用於控制負載21的繼電器上並聯一可控矽8，數位訊號處理器5與儲存晶片6信號連接，繼電器組7通過驅動電路71與數位訊號處理器5信號連接，儲存晶片6與驅動電路71信號連接；數位訊號處理器5接收、處理測量裝置4測得的物理量判斷發電狀況和用電狀況，選擇工作模式並發出控制信號。
[0022]實施例中，負載21的控制電路與用於控制負載21的繼電器的控制電路相併聯，負載21的控制電路中連接有可控矽Q20和可控矽Q21，可控矽Q20和可控矽Q21方向相反設置。
[0023]實施例中，測量裝置4與數位訊號處理器5之間設置有A/D轉換器41。
[0024]實施例中，測量裝置4為電壓表、電流表、溫度計和其他物理量參數。
[0025]實施例中，數位訊號處理器5通過接口電路31與主控機3相連接。
[0026]實施例中，數位訊號處理器5通過接口電路31與顯示器9相連接。
[0027]實施例中，顯示器9為IXD液晶屏顯示器或LED顯示器。
[0028]顯示器9可以實時顯示數位訊號處理器5接收到的測量裝置4測得的物理量以及設備的運行狀況，以便管理者和操作人員能夠在遠程進行實時的監控，方便了操作人員了解設備的運行狀況，也方便了管理者對全局的掌控和調度。
[0029]實施例中，儲存晶片6為EPROM。EPROM可以對系統在運算時產生的數據，過程，以及人為設置的數據給以存儲，操作人員可通過主控機3從EPROM中調取數據，了解設備過往的運行情況，以及修改設置的數據參數。EPROM具有可重複擦除和寫入的特點，便於數據的修改，有利於設備的長期穩定運行。
[0030]實施例中，工作模式為併網模式、離網模式和旁路模式。
[0031]併網模式:光伏電池22發電輸送至公共電網24並向負載21供電。
[0032]離網模式:光伏電池22和蓄電池23向負載21供電。
[0033]旁路模式:公共電網24直接向負載21供電。[0034]根據發電狀況和負載21的用電狀況，混合式逆變器自主選擇工作模式。在日照充足時，利用光伏電池22發電，節能環保；在日照微弱時，光伏電池22不能正常發電的情況下，由蓄電池23和公共電網24提供電源，而當公共電網24不穩定時，光伏電池22和蓄電池23為負載21提供電源。光伏電池22、蓄電池23和公共電網24三者互補，在保證負載21用電需求的同時，提高太陽能的利用效率；其克服現有太陽能逆變器只能併網發電、以及離網逆變器在太陽光照較弱時，負載用電受到限制的缺點，保證負載21用電的穩定性。其適用於電網不穩定或電網供電成本較高的場合。
[0035]在模式轉換的切換中，尤其是在併網模式和離網模式之間切換時，要求對負載21不間斷供電；雖然繼電器組7的切換隻需要幾毫秒，但是，對用戶來講，有時候幾毫秒的瞬間斷電也是不允許的。本混合式逆變器在繼電器組7中用於控制負載的繼電器上並聯一可控矽8，在繼電器組7未吸合時，繼電器組7的觸頭處於打開狀態，當數位訊號處理器5檢測到需要並離網模式切換的時候，首先將可控矽8導通，通過可控矽8向負載21供電，然後再控制繼電器組7轉換，即將原模式下的繼電器組7切斷，並將新模式下的繼電器組7吸合；待新模式下的繼電器組7吸合後，將可控矽8斷開，這樣，就保證了負載21的不間斷供電。
[0036]一種混合式逆變器的控制方法，包括以下步驟:
步驟一、測量裝置4測量光伏電池22的發電量、蓄電池23的儲電量以及負載21的用電量，同時測量公共電網24是否有市電，並將所測得的物理量發送至數位訊號處理器5 ;電壓表、電流表、溫度計、其他物理量等測量裝置4實時負載21、光伏電池22、蓄電池23以及公共電網24進行測量，並將測量到的物理量經A/D轉換器41轉換後傳送至數位訊號處理器5 ；
步驟二、數位訊號處理器5接收、處理測量裝置4測得的物理量計算、判斷發電狀況和用電狀況；數位訊號處理器5接收測量裝置4測量的物理量後，通過模糊控制算法計算、處理後，判斷得出實時的發電狀況和用電狀況，並將得到的物理量和判斷得出的發電狀況和用電狀況傳至儲存晶片6儲存；
步驟三、數位訊號處理器5根據判斷結果選擇工作模式並發出控制信號，繼電器組7接收、轉換控制信號，並控制設備運行，模式轉換時，先導通可控矽8，再完成繼電器組7轉換，然後切斷可控矽8，保證負載21的不間斷供電；數位訊號處理器5根據判斷得出實時的發電狀況和用電狀況以及預先設置的參數，自主選擇合適的工作模式，工作模式的選擇在保證負載21用電需求的同時，儘可能用光伏電池22利用太陽能發電供電；
步驟四、數位訊號處理器5將接收數據和判斷結果發送至主控機3，以供操作人員進行遠程監控和控制；操作人員可在主控機3上隨時了解設備的運行狀況並進行控制，還可以對設置的參數進行修改；同時數位訊號處理器5將接收數據和判斷結果發送至顯示器9顯示，以便管理者進行遠程的監控和調度。
[0037]如圖2所示的負載21的控制電路和圖3所示的繼電器組7中用於控制負載21的繼電器的控制電路，將圖2中的輸出端RY2 IN和P3和圖3中繼電器觸電輸出端RY2 IN和P3對應相連，使上述的兩個電路相併聯；兩個電路中的輸入信號為同一控制信號分兩路分別輸入上述的兩個電路中。
[0038]當需要切換模式使，控制信號同時到達兩個電路的輸入端；一路從圖2的SCR-SW輸入端輸入至可控矽，另一路從圖3下方的輸入信號埠輸入至繼電器線包驅動。繼電器線包通電後，繼電器觸點吸合，負載接通；同時，圖2中的可控矽Q20和可控矽Q21瞬間雙向接通。由於可控矽的接通過程瞬間完成，而繼電器觸點的吸合則需要幾毫秒；在可控矽接通的幾毫秒以後，繼電器觸點才吸合，此時可控矽和繼電器同時接通，再延時幾十毫秒後，可控矽關閉，繼電器仍保持吸合狀態，從而實現負載21的不間斷供電。上述的延時時間可根據需要和實際情況由數位訊號處理器5進行設定。
[0039]如圖4所示的逆變器輸出電路中，地線輸入端0/ΡΝ經繼電器RY3後與電感L2相連接，火線Ο/PL經繼電器RY4後與電感L2相連接；火線輸入端和地線輸入端分別經過繼電器後再經過電感L2輸出。
[0040]如圖5所示的公共電網與逆變器的連接電路，公共電網通24過繼電器RY5和繼電器RY6與逆變器相連接。在公共電網24中市電充足的情況下，繼電器RY5和繼電器RY6接通，將逆變器與公共電網接通，實現公共電網24與逆變器的雙向流動供電；而在公共電網24中市電不充足的情況下，斷開繼電器RY5和繼電器RY6，切斷逆變器與公共電網的連接。當太陽光照充足時，光伏電池22併網發電，給公共電網饋送電能；而當太陽光照不充足時，公共電網24給負載裝置21送點，並對蓄電池23進行充電。
[0041 ] 本發明的最佳實施例已被闡明，由本領域普通技術人員做出的各種變化或改型都不會脫離本發明的範圍。
【權利要求】
1.一種混合式逆變器，包括有與負載(21)相連接的逆變器本體(I)，所述的逆變器本體(I)與主控機(3)相連接，其特徵是:所述的逆變器本體(I)分別與光伏電池(22)、蓄電池(23)以及公共電網(24)相連接，所述的逆變器本體(I)內設置有用於接收、處理測量裝置(4)測得的物理量的數位訊號處理器(5)、用於儲存逆變器運行數據的儲存晶片(6)以及用於轉換控制信號的繼電器組(7)，所述的繼電器組(7)中用於控制負載(21)的繼電器上並聯一可控矽(8)，所述的數位訊號處理器(5)與儲存晶片(6)信號連接，所述的繼電器組(7)通過驅動電路(71)與數位訊號處理器(5)信號連接，所述的儲存晶片(6)與驅動電路(71)信號連接；所述的數位訊號處理器(5)接收、處理測量裝置(4)測得的物理量判斷發電狀況和用電狀況，選擇工作模式並發出控制信號。
2.根據權利要求1所述的一種混合式逆變器，其特徵是:所述的負載(21)的控制電路與用於控制負載(21)的繼電器的控制電路相併聯，所述的負載(21)的控制電路中連接有可控矽Q20和可控矽Q21，所述的可控矽Q20和可控矽Q21方向相反設置。
3.根據權利要求1所述的一種混合式逆變器，其特徵是:所述的測量裝置(4)與數位訊號處理器(5)之間設置有A/D轉換器(41)。
4.根據權利要求3所述的一種混合式逆變器，其特徵是:所述的測量裝置(4)為電壓表、電流表、溫度計和壓力表。
5.根據權利要求1所述的一種混合式逆變器，其特徵是:所述的數位訊號處理器(5)通過接口電路(31)與主控機(3)相連接。
6.根據權利要求1所述的一種混合式逆變器，其特徵是:所述的數位訊號處理器(5)通過接口電路(31)與顯示器(8)相連接。
7.根據權利要求6所述的一種混合式逆變器，其特徵是:所述的顯示器(8)為LCD顯示器或LED顯示器。
8.根據權利要求1所述的一種混合式逆變器，其特徵是:所述的工作模式為併網模式、離網模式和旁路模式。
9.一種混合式逆變器的控制方法，其特徵是:包括以下步驟: 步驟一、測量裝置(4)測量光伏電池(22)的發電量、蓄電池(23)的儲電量以及負載(21)的用電量，同時測量公共電網(24)是否有市電，並將所測得的物理量發送至數位訊號處理器(5)； 步驟二、數位訊號處理器(5)接收、處理測量裝置(4)測得的物理量計算、判斷發電狀況和用電狀況； 步驟三、數位訊號處理器(5)根據判斷結果選擇工作模式並發出控制信號，繼電器組(7)接收、轉換控制信號，並控制設備運行，負載模式轉換時，先導通可控矽(8)，再完成繼電器轉換，然後切斷可控矽(8)； 步驟四、數位訊號處理器(5)將接收數據和判斷結果發送至主控機(3)，以供操作人員進行遠程監控和控制。
10.根據權利要求9所述的一種混合式逆變器的控制方法，其特徵是:所述的步驟二中數位訊號處理器(5)對物理量的計算算法是模糊控制算法。
【文檔編號】H02J3/38GK103606958SQ201310660403
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月10日 優先權日:2013年12月10日
【發明者】宋子華, 虞海賢, 楊紅梁, 楊江靈, 樊恩德 申請人:寧波市子華電器有限公司