CN102315764A - 一种光伏逆变器辅助电源的控制方法及装置 - Google Patents

一种光伏逆变器辅助电源的控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器辅助电源的控制方法及装置，所述辅助电源模块用于根据自身的启闭状态控制逆变器模块的开机和关机，光伏逆变器辅助电源的控制装置包括控制模块，用于根据太阳能电池输出的光伏电压控制所述辅助电源模块的开启和关闭。本发明的控制模块通过对输入的光伏电压的判断来控制辅助电源模块的开启和关闭，使得辅助电源模块只工作在光伏电压符合某范围的时间内，而通过辅助电源的启闭状态控制逆变器系统的开机和关机，则能保证逆变器能在光伏电压不符合某范围的时间内关闭，从而降低系统损耗，达到节能目的，且有利于延长逆变器模块的使用寿命。

Description

一种光伏逆变器辅助电源的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏逆变器辅助电源的控制方法及装置、以及一种光伏逆变器的控制方法及装置。
背景技术
目前光伏逆变器辅助电源常用的取电方式分为从光伏逆变器直流母线取电、从电网侧取电、从电网和光伏逆变器直流母线互补取电三种。其中，前两种取电方式为单取电方式，其可靠性低，当输入源异常时将导致整个逆变器系统断电；第三种取电方式为双互补取电方式，辅助电源的输入比前两种方式都稳定，从而确保了逆变器系统能稳定输出。因此，目前通常采用第三种取电方式(即从电网和逆变器直流母线互补取电方式)。然而，虽然早晨的PV(photovoltaic，光伏)电压低或夜间无PV电压，但从电网和光伏逆变器直流母线取电的这种方式使得逆变器系统因电网侧供电而依然可以正常运行，从而使得依靠辅助电源输出供电的单板一直处在工作损耗状态，不仅消耗了能源，增加了系统不必要的损耗，同时也减短了IC等器件的使用寿命。随着节能要求的不断提高，人们对光伏逆变器夜晚待机功耗的要求越来越低，并且，在这种取电方式下，若要减少晚间情况下光伏逆变器的待机损耗，需要人为的切断辅助电源的电网侧的输入。
因此，当光伏逆变器辅助电源采用从电网和逆变器直流母线互补取电方式的技术时如何降低系统损耗、实现环保节能亟待解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种光伏逆变器辅助电源的控制方法及装置，以达到降低系统损耗实现节能的目的。
根据本发明的一个方面，提供一种光伏逆变器辅助电源的控制装置，所述辅助电源模块用于根据自身的启闭状态控制逆变器模块的开机和关机，所述控制装置包括：控制模块，用于根据太阳能电池输出的光伏电压控制所述辅助电源模块的开启和关闭。
进一步地，所述控制模块包括：判断子模块，用于对所述光伏电压进行判断，若所述光伏电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，若所述光伏电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号；启闭子模块，用于根据所述辅助电源开启信号开启辅助电源、或根据所述辅助电源关闭信号关闭辅助电源。
进一步地，所述判断子模块包括：差分电路，用于对所述光伏电压进行差分处理；迟滞比较器电路，用于根据设定的迟滞比较器电压阈值生成预设开启电压或预设关闭电压，当光伏电压大于预设开启电压时，生成辅助电源开启信号，当光伏电压小于预设关闭电压时，生成辅助电源关闭信号。
进一步地，所述光伏逆变器辅助电源的控制装置还包括：与交流电源连接的电源模块，用于为所述控制模块提供电源。
根据本发明的另一个方面，提供一种光伏逆变器辅助电源的控制方法，包括：根据太阳能电池输出的光伏电压控制辅助电源的开启和关闭。
进一步地，所述根据太阳能电池输出的光伏电压控制辅助电源的开启和关闭包括：判断步骤，用于对由太阳能电池输入的光伏电压进行判断，若所述光伏电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，若所述光伏电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号；启闭步骤，用于根据所述辅助电源开启信号开启辅助电源、或根据所述辅助电源关闭信号关闭辅助电源。
进一步地，所述判断步骤包括：利用差分电路对所述光伏电压进行差分处理；利用迟滞比较器电路并根据设定的迟滞比较器电压阈值生成预设开启电压或预设关闭电压，当光伏电压大于预设开启电压时，生成辅助电源开启信号，当光伏电压小于预设关闭电压时，生成辅助电源关闭信号。
根据本发明的再一个方面，提供一种光伏逆变器的控制装置，包括太阳能电池模块、逆变器模块，还包括：控制模块和辅助电源模块，所述控制模块用于根据太阳能电池输出的光伏电压控制所述辅助电源的开启和关闭，所述辅助电源模块用于根据自身的启闭状态控制所述逆变器模块的开机和关机；其中，所述控制模块包括判断子模块和启闭子模块，所述判断子模块用于对输入的光伏电压进行判断，若所述光伏电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，若所述光伏电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号；所述启闭子模块用于根据所述辅助电源开启信号开启辅助电源、或根据所述辅助电源关闭信号关闭辅助电源。
进一步地，所述判断子模块包括：差分电路，用于对所述光伏电压进行差分处理；迟滞比较器电路，用于根据设定的迟滞比较器电压阈值生成预设开启电压或预设关闭电压，当光伏电压大于预设开启电压时，生成辅助电源开启信号，当光伏电压小于预设关闭电压时，生成辅助电源关闭信号。
根据本发明的又一个方面，提供一种光伏逆变器的控制方法，包括：对由太阳能电池输入的光伏电压进行判断，若所述光伏电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，若所述光伏电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号；根据所述辅助电源开启信号开启辅助电源、或根据所述辅助电源关闭信号关闭辅助电源；根据辅助电源的启闭状态控制所述光伏逆变器的开机和关机。
本发明的有益效果在于：控制模块通过对输入的光伏电压的判断来控制辅助电源模块的开启和关闭，使得辅助电源模块只工作在光伏电压符合某范围的时间内，而通过辅助电源的启闭状态控制逆变器模块的开机和关机，则能保证逆变器能在光伏电压不符合某范围的时间内关机，从而降低系统损耗，达到节能目的，且有利于延长逆变器模块的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例的光伏逆变器辅助电源的控制装置原理示意图；
图2为本发明实施例光伏逆变器辅助电源的控制装置的控制模块的电路示意图；
图3为本发明实施例光伏逆变器辅助电源的控制装置的辅助电源模块的电路示意图；
图4为本发明实施例光伏逆变器辅助电源的控制装置的电源模块的电路示意图；
图5为本发明实施例光伏逆变器辅助电源的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例的设计思路是：基于光伏逆变器辅助电源采用的电网和逆变器直流母线互补取电方式，利用太阳能电池电压作为开启辅助电源的必要条件，根据太阳能电池电压的变化控制光伏逆变器辅助电源的开启与关闭，通过辅助电源控制光伏逆变器系统的开机和关机，从而最终实现节能减排的目的。
图1所示为本发明实施例的光伏逆变器辅助电源的控制装置的原理示意图，包括：太阳能电池模块10、控制模块20、辅助电源模块30、逆变器模块40、电源模块50。以下对各个模块作详细说明。
(1)太阳能电池10：是光伏逆变器系统直流电压PV的输入源，当PV电压高于预设开启阈值时，光伏逆变器系统开机，当PV电压低于预设关闭阈值时，光伏逆变器系统关机。
(2)控制模块20：用于根据太阳能电池10输出的PV电压控制来辅助电源30的开启和关闭。控制模块20包括判断子模块210和启闭子模块220。判断子模块210用于对PV电压进行判断，若PV电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，若PV电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号。在辅助电源已开启工作的情况下，若检测到输入的PV电压小于预设开启电压且大于预设关闭电压，辅助电源仍正常工作。启闭子模块220用于根据辅助电源开启信号开启辅助电源、或根据辅助电源关闭信号关闭辅助电源。本实施例中，判断子模块210包括：差分电路211和迟滞比较器电路212；差分电路211用于对PV电压进行差分处理；迟滞比较器电路212用于根据设定的迟滞比较器电压阈值生成预设开启电压或预设关闭电压，当PV电压大于开启电压时，生成辅助电源开启信号，当光伏电压小于预设关闭电压时，生成辅助电源关闭信号。其他实施例中，判断子模块210包括的电路可以不是差分电路211和迟滞比较器电路212，而是其它方式的电路，只要该电路能达成对PV电压的判断，使得当PV电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，当PV电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号。
一种实例中，控制模块20的电路如图2所示，虚线左侧为判断子模块210的电路示意图，虚线右侧为启闭子模块220的电路示意图。图2中，电阻R6、R7、R8、R9与电阻R10、R11、R12、R13对输入PV电压进行衰减，并与运放器U4(本例中为LF353)、电阻R14、电阻R15组成差分电路，由运放器U5(本例中为LF353)建立电压跟随器，由运放器U6(本例中为LF393)、电阻R17、电阻R19、电阻R26、电阻R18组成迟滞比较器电路。本领域技术人员根据迟滞比较器的相关技术可知，迟滞比较器电压阈值的设定由电阻R26和R18决定，可根据实际需要来设定，由迟滞比较器电压阈值可生成前述的预设开启电压或预设关闭电压。一般地预设开启电压大于预设关闭电压。其他实例中，运放器U4、U5、U 6可以都换成TL082。
图2中虚线右侧的电路是左侧电路的输出情况，驱动内部电路的开关管开通或关闭；而虚线右侧的输出结果直接控制辅助电源模块30工作或停止工作，由电阻R21、电阻R22、三极管Q1与电阻R23、电阻R24、三极管Q2、光耦U2组成的电路完成此控制功能。预设关闭电压可通过迟滞比较器的电阻大小决定。当PV电压大于预设开启电压时，三极管Q1、Q2导通，从而光耦U2导通。
(3)辅助电源模块30用于根据自身的启闭状态控制逆变器模块40的开机和关机。在传统的开关电源中，当满足电源输入条件时，同时给PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)控制IC供电，PWM控制IC输出控制DC/DC转换器工作，辅助电源工作；因此，本发明实施例中，开通与关闭辅助电源30的主要原理是通过控制辅助电源的PWM控制IC的电源实现。换句话，控制模块与辅助电源模块的工作原理是：依据PV电压的输入，判断PV电压并产生控制信号，控制信号驱动开关管，从而控制辅助电源PWM IC的工作电源，达到控制PWM IC的效果，由于辅助电源的工作受控于PWM IC，所以控制PWM IC就相当了辅助电源与整个逆变系统。
如图3所示的电路中只提供了PWM控制IC(本例中为UC2845)的第7引脚VCC的电路，而DC/DC、OUTPUT滤波、输出电反馈控制等电路可采用现有技术实现，在此不作详述。如图3所示，CN4、CN5为互补双供电电源输入端，其中CN4是交流输入端，二极管D1、D2、D3、D4组成电路对交流进行整流，电阻R1、R2和电容C1、C2、C3、C4组成滤波电路，对整流后电压进行滤波，二极管D5、D6、D7、D8起逆止作用，由于上电开始UC2845的VCC是依靠输入电源供电的，所以R55、R56、ZD16起到了高电压降低与稳压电源作用，其主要是给UC2845的VCC端供电，当DC/DC模块工作起来后，依靠DC/DC中变压器的反馈线圈的输出backpower供电，UC2845的VCC的输入经过了三极管Q6、Q8的控制。图2的CN3与图3中CN6脚位一一对应连接，所以当图2中光耦U2导通CN6的1引脚和2引脚导通，三极管Q6、Q8导通，从而UC2845得到电源开始工作。其它实例中，PWM控制IC还可以是UC2842/UC2843/UC2844或UC3842/UC3843/UC3844/UC3845。
(4)逆变器模块40直接受控于辅助电源30。当辅助电源30工作，逆变器模块40工作；当辅助电源30关闭，逆变器模块40关闭！
(5)电源模块50与交流电源连接，用于为控制模块20提供电源。电源模块50的原理是通过对市电的变压转换成低压直流，功能是为控制提供电源。
一种实例中，如图4所示，从电网侧取电270VAC，从端子CN2进入经变压器T1变成低压，由二极管D1、D2、D3、D4组成整流桥对低压交流进行整流，经电容器C1、C2、C3、C4、C5、C6、C11、C12组成滤波电路后给集成电路IC芯片元器件U1、U2供电。本例中U1、U2分别是LM7812和LM7912，由其产生+15V与-15V电源，其功率主是给IC供电；U3是TL431，为控制模块中的电路提供5V基准电源；其它实施例中U1、U2、U3还可以是其他类型的集成电路芯片元器件。图2所示电源模块还可以采用其他形式电路图实现，例如，在图2中省去电容C1、C2同时加大电容C3的值，省去电容C4、C5同时加大电容C6的值同样能达到相同的效果。
其它实施例中，电源模块可以由其它形式的低压直流电压供电方案完成。实际操作中，控制模块与电源模块可以合并成一块单板实现，也可以是分开独立的两块单板实现。
本实施例中，根据输入的PV电压，判断PV电压与预设开启电压或预设关闭电压的关系，若PV电压大于预设开启电压则开启辅助电源，若PV电压小于预设关闭电压则关闭辅助电源。由于逆变器模块直接受控于辅助电源，从而，当辅助电源在弱光时停止工作，保证逆变器模块能在弱光时(特别是夜间)得以休息，利于延长逆变器模块的使用寿命，还达到了节能减排的目的。
结合前面实施例中所描述的光伏逆变器控制装置，本发明实施例还提供了一种光伏逆变器辅助电源的控制方法，包括：根据太阳能电池输出的光伏电压控制辅助电源的开启和关闭。具体地，如图5所示，光伏逆变器辅助电源的控制方法包括以下的判断步骤和启闭步骤：
步骤S510：对由太阳能电池输入的PV电压进行判断；
步骤S521：判断PV电压是否大于等于预设开启电压，是则转步骤S522；
步骤S531：判断PV电压是否小于预设关闭电压，是则转步骤S532；
步骤S522：生成辅助电源开启信号；
步骤S523：开启辅助电源；
步骤S532：生成辅助电源关闭信号；
步骤S533：关闭辅助电源。
在对PV电压进行判断时，本实施例采用的方法是：对PV电压进行差分处理；然后再将差分处理后的光伏电压与预设开启电压或预设关闭电压进行比较，根据比较结果生成辅助电源开启信号或辅助电源关闭信号。预设开启电压和预设关闭电压在实施例中是根据设定的迟滞比较器电压阈值生成的；一般地预设开启电压大于预设关闭电压，从而可防止当PV电压波动时因低于预设开启电压而导致辅助电源关闭。实施例中，在辅助电源已工作的情况下，当PV电压小于预设开启电压且大于预设关闭电压时，辅助电源正常工作；当辅助电源还没有开启工作，PV电压小于预设开启电压且大于预设关闭电压时，辅助电源则不开启工作，这是可以理解的。
相应地，本发明实施例还提供了一种光伏逆变器的控制装置，包括：太阳能电池模块、逆变器模块、控制模块；所述控制模块用于根据太阳能电池输出的光伏电压控制所述辅助电源的开启和关闭，包括：判断子模块和启闭子模块。判断子模块用于对输入的光伏电压进行判断，若所述光伏电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，若所述光伏电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号；启闭子模块用于根据所述辅助电源开启信号开启辅助电源、或根据所述辅助电源关闭信号关闭辅助电源。本实施例中，判断子模块包括：差分电路，用于对所述光伏电压进行差分处理；迟滞比较器电路，用于根据设定的迟滞比较器电压阈值生成预设开启电压或预设关闭电压，当光伏电压大于所述预设开启电压时，生成辅助电源开启信号，当光伏电压小于预设关闭电压时，生成辅助电源关闭信号。其他实施例中，判断子模块包括的电路可以不是差分电路和迟滞比较器电路，而是其它方式的电路，只要该电路能达成对PV电压的判断，使得当PV电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，当PV电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号。该光伏逆变器控制装置所涉及的各个模块同前述光伏逆变器辅助电源的控制装置，在此不再重述。
对应于上述的光伏逆变器的控制装置，本发明实施例还提供了一种光伏逆变器的控制方法，包括：对由太阳能电池输入的光伏电压进行判断，若所述光伏电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，若所述光伏电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号；根据所述辅助电源开启信号开启辅助电源、或根据所述辅助电源关闭信号关闭辅助电源；根据辅助电源的启闭状态控制所述光伏逆变器的开机和关机。该控制方法是在前述光伏逆变器辅助电源的控制方法的基础上，增加通过辅助电源的启闭状态控制光伏逆变器的开机和关机，具体可根据现有技术控制开机和关机，在此不作详述。
本发明各实施例基于目前光伏逆变器辅助电源采用的电网和逆变器直流母线互补取电方式技术，由于这种互补取电方式存在夜间由于电网侧市电供电而增加了系统损耗的问题，本发明实施例设计了一种在夜间等低压情况光伏逆变器待机时，减少待机损耗达到节能减排，同时可依据光伏输入PV电压自动控制辅助电源开启与关闭的控制方法及装置。实施例中，通过控制辅助电源的PWMIC(即前述的UC2845)，从而达到控制辅助电源的目的；其中，通过检测PV电压的大小自动控制UC2845的工作电源。通过本发明实施例可以使得光伏逆变器在PV电压低压时如夜间等得以待机，待机过程中的损耗仅仅是为运放器、光耦等IC提供电源的这少部分电路，有效地将光伏逆变器的夜间待机从50W甚至更高的损耗降低到少于5W损耗，大大减少了待机损耗，达到了节能减排的目的。
上述实施例只是本发明的举例，尽管为说明目的公开了本发明的最佳实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器辅助电源的控制装置，所述辅助电源模块用于根据自身的启闭状态控制逆变器模块的开机和关机，其特征在于，所述控制装置包括：控制模块，用于根据太阳能电池输出的光伏电压控制所述辅助电源的开启和关闭。
2.如权利要求1所述的光伏逆变器辅助电源的控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：
判断子模块，用于对输入的光伏电压进行判断，若所述光伏电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，若所述光伏电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号；
启闭子模块，用于根据所述辅助电源开启信号开启辅助电源、或根据所述辅助电源关闭信号关闭辅助电源。
3.如权利要求2所述的光伏逆变器辅助电源的控制装置，其特征在于，所述判断子模块包括：
差分电路，用于对所述光伏电压进行差分处理；
迟滞比较器电路，用于根据设定的迟滞比较器电压阈值生成预设开启电压或预设关闭电压，当光伏电压大于预设开启电压时，生成辅助电源开启信号，当光伏电压小于预设关闭电压时，生成辅助电源关闭信号。
4.如权利要求1至3任一项所述的光伏逆变器辅助电源的控制装置，其特征在于，还包括：与交流电源连接的电源模块，用于为所述控制模块提供电源。
5.一种光伏逆变器辅助电源的控制方法，其特征在于，包括：根据太阳能电池输出的光伏电压控制辅助电源的开启和关闭。
6.如权利要求5所述的光伏逆变器的控制方法，其特征在于，所述根据太阳能电池输出的光伏电压控制辅助电源的开启和关闭包括：
判断步骤，用于对由太阳能电池输入的光伏电压进行判断，若所述光伏电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，若所述光伏电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号；
启闭步骤，用于根据所述辅助电源开启信号开启辅助电源、或根据所述辅助电源关闭信号关闭辅助电源。
7.如权利要求6所述的光伏逆变器的控制方法，其特征在于，所述判断步骤包括：
利用差分电路对所述光伏电压进行差分处理；
利用迟滞比较器电路并根据设定的迟滞比较器电压阈值生成预设开启电压或预设关闭电压，当光伏电压大于预设开启电压时，生成辅助电源开启信号，当光伏电压小于预设关闭电压时，生成辅助电源关闭信号。
8.一种光伏逆变器的控制装置，包括太阳能电池模块、逆变器模块，其特征在于，还包括：控制模块和辅助电源模块，所述控制模块用于根据太阳能电池输出的光伏电压控制所述辅助电源模块的开启和关闭，所述辅助电源模块用于根据自身的启闭状态控制所述逆变器模块的开机和关机；其中，所述控制模块包括判断子模块和启闭子模块，所述判断子模块用于对输入的光伏电压进行判断，若所述光伏电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，若所述光伏电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号；所述启闭子模块用于根据所述辅助电源开启信号开启辅助电源、或根据所述辅助电源关闭信号关闭辅助电源。
9.如权利要求8所述的光伏逆变器的控制装置，其特征在于，所述判断子模块包括：
差分电路，用于对所述光伏电压进行差分处理；
迟滞比较器电路，用于根据设定的迟滞比较器电压阈值生成预设开启电压或预设关闭电压，当光伏电压大于预设开启电压时，生成辅助电源开启信号，当光伏电压小于预设关闭电压时，生成辅助电源关闭信号。
10.一种光伏逆变器的控制方法，其特征在于，包括：对由太阳能电池输入的光伏电压进行判断，若所述光伏电压大于等于预设开启电压，则生成辅助电源开启信号，若所述光伏电压小于预设关闭电压，则生成辅助电源关闭信号；根据所述辅助电源开启信号开启辅助电源、或根据所述辅助电源关闭信号关闭辅助电源；根据辅助电源的启闭状态控制所述光伏逆变器的开机和关机。
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