CN102410607B - 一种风能光能互补变频空调控制系统 - Google Patents

一种风能光能互补变频空调控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风能光能互补变频空调控制系统，通过将风能发电单元、太阳能发电单元及市电互补进行切换使用，在使用中采用控制单元进行无缝衔接，采用直流侧无缝并网技术实现有太阳能时以太阳能工作为主，无太阳能时以风力发电及市电工作为主。提高了太阳能、风能的利用效率，同时可以有效地保护机器部件及机器的正常使用。

Description

一种风能光能互补变频空调控制系统
技术领域
本发明涉及一种变频空调控制系统，尤其涉及一种风能光能互补变频空调控制系统。 
背景技术
在全球能源紧缺的情况下，各国政府提出节能环保，各国都在响应政府政策，对太阳能变频空调的技术进行研发。 
目前在技术概念上有两种太阳能变频空调：一种为高温集热太阳能空调，一种为光伏效应的太阳能空调。在传统的太阳能空调中，第一种为采用太阳能集热器是利用太阳能制冷的关键部件，它的集热性能好坏在很大程度上决定了系统制冷过程总的COP(coefficient of performance，循环性能系数，简称“COP”)值。但是，实用性好的太阳能集热器除了要考虑制冷过程的COP值，还要考虑工作时的稳定性、安全性、维护管理难度以及使用寿命等因素。同时采用太阳能集热器的太阳能空调与光伏发电的原理完全不一样，因此以集热器的太阳能空调不在讨论范围；第二种为光伏太阳能变频空调，在传统的太阳能空调中直接交太阳能以光伏效应后产生的直流电将逆变后供给定频压缩机，使其工作；这种产品在太阳能不足的时候直接会使机器停机，同时导致机器频繁启动，使压缩机的使用寿命的降低，最后反而达不到节能环保的作用。 
发明内容
本发明解决的技术问题是：构建一种风能光能互补变频空调控制系统，克服现有技术中太阳能空调简单开关机影响空调使用的技术问题。 
本发明的技术方案是：构建一种风能光能互补变频空调控制系统，包括太阳能发电单元、风能发电单元、隔离单元、进行切换输出处理的控制单元、采样太阳能输出光伏电压大小的太阳能采样单元、采样风能输出风能电压大小的风能采样单元，所述控制单元接收所述太阳能采样单元和所述风能采样单元的 采样信号，当采样的光伏电压时在工作电压范围内且光伏电压高于风能电压超过预定范围，则切换到太阳能发电单元供电；当采样的风能电压在工作电压范围内且风能电压高于光伏电压超过预定范围，则切换到风能发电单元供电；当光伏电压和风能电压均在工作电压范围内且光伏电压和风能电压之差在预定范围时，则太阳能发电单元和风能发电单元同时供电；当光伏电压和风能电压均不在工作电压范围内时，则采用市电供电；所述太阳能发电单元的输出端与所述风能发电单元的输出端并接后经所述隔离单元后输出到直流变频空调控制器的直流输入端。 
本发明的进一步技术方案是：当太阳能发电单元或风能发电单元供电或者太阳能发电单元和风能发电单元同时供电时，所述控制单元采用MPPT算法使所述太阳能发电单元或风能发电单元工作在最大功率点上。 
本发明的进一步技术方案是：所述变频空调控制系统还包括连接所述太阳能发电单元输出端的第一继电器，当太阳能发电单元不供电时，则通过所述第一继电器切断所述太阳能发电单元的供电。 
本发明的进一步技术方案是：所述变频空调控制系统还包括连接风能发电单元输出端的第二继电器，当风能发电单元不供电时，则通过所述第二继电器切断所述风能发电单元的供电。 
本发明的进一步技术方案是：所述隔离单元包括升压变压器，所述光伏电压经升压后输出。 
本发明的进一步技术方案是：所述预定范围为3V到4.5V。 
本发明的进一步技术方案是：当采用所述太阳能发电单元和所述风能发电单元同时供电时，所述太阳能发电单元为空调直流外风机和空调直流内风机供电，所述风能发电单元和市电为空调压缩机供电。 
本发明的进一步技术方案是：所述变频空调控制系统还包括隔离作用的开关电源隔离单元。 
本发明的进一步技术方案是：所述变频空调控制系统还包括漏电检测单元，所述漏电检测单元检测漏电流并进行提示。 
本发明的技术效果是：本发明一种风能光能互补变频空调控制系统，通过将风能发电单元、太阳能发电单元及市电互补进行切换使用，在使用中采用控制 单元进行无缝衔接，采用直流侧无缝并网技术实现有太阳能时以太阳能工作为主，无太阳能时以风力发电及市电工作为主。提高了太阳能、风能的利用效率，同时可以有效地保护机器部件及机器的正常使用。 
附图说明
图1为本发明控制系统的结构示意图。 
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。 
如图1所示，本发明的具体实施方式是：构建一种风能光能互补变频空调控制系统，包括太阳能发电单元1、风能发电单元2、隔离单元8、进行切换输出处理的控制单元5、采样太阳能输出光伏电压大小的太阳能采样单元6、采样风能输出风能电压大小的风能采样单元(图中未示出)，所述控制单元5接收所述太阳能采样单元6和所述风能采样单元的采样信号，当采样的光伏电压时在工作电压范围内且光伏电压高于风能电压超过预定范围，则切换到太阳能发电单元1供电；当采样的风能电压在工作电压范围内且风能电压高于光伏电压超过预定范围，则切换到风能发电单元2供电；当光伏电压和风能电压均在工作电压范围内且光伏电压和风能电压之差在预定范围时，则太阳能发电单元1和风能发电单元2同时供电；当光伏电压和风能电压均不在工作电压范围内时，则采用市电供电；所述隔离单元8连接直流变频空调控制器的直流输入端9，所述太阳能发电单元1的输出端与所述风能发电单元2的输出端并接后经所述隔离单元后输出到直流变频空调控制器的直流输入端9。 
如图1所示，本发明的具体实施过程如下：当变频空调控制系统进行工作时，太阳能采样单元6便开始采样太阳能发电单元的电压，风能采样单元便开始采样风能发电单元的电压，当太阳能采样单元6采样的光伏电压在空调工作电压范围内且光伏电压高于风能电压超过预定范围时，则切换到太阳能发电单元1供电；当风能采样单元采样的风能电压在工作电压范围内且风能电压高于光伏电压超过预定范围，则切换到风能发电单元2供电；当太阳能采样单元6采样的光伏电压和风能采样单元采样的风能电压均在工作电压范围内且光伏电 压和风能电压之差在预定范围时，则太阳能发电单元1和风能发电单元2同时供电；当太阳能采样单元6采样的光伏电压和风能采样单元采样的风能电压均不在工作电压范围内时，则采用市电供电；所述隔离单元8连接直流变频空调控制器的直流输入端9，所述太阳能发电单元1的输出端与所述风能发电单元2的输出端并接后经所述隔离单元8后输出到直流变频空调控制器的直流输入端9。具体实施过程中，所述隔离单元8包括MOS管和高频变压器，所述隔离单元8采用PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制，简称“PWM”)信号来控制MOS管来让高频变压器来升压达到光伏电压和风能电压与空调电源输入端的完全隔离。所述预定范围为3V到4.5V，本发明实施例中，所述预定范围为3V。 
如图1所示，本发明的具体实施过程如下：当太阳能发电单元1或风能发电单元2供电或者太阳能发电单元1和风能发电单元2同时供电时，所述控制单元5采用MPPT算法使所述太阳能发电单元1或风能发电单元2工作在最大功率点上。 
具体实施如下：在进入程序时，初始化输出功率调整因数(通流率)α0＝0.5，变化步长Δα＝0.01；并根据输出功率调整因数α0初始化功率输出控制PWM；采样初始电压U，电流I，计算出功率Pn＝U×I。对于输出功率最大点的查找包括如下几个过程： 
1、正向调整，改变输出功率调整因数αn+1＝αn+Δα，其中初始αn＝α0；并根据输出功率调整因数αn+1调整功率输出控制PWM，采样调整后的电压U，电流I，计算出功率Pn+1＝U×I；比较调整后功率Pn+1和调整前功率Pn；如果Pn+1＞Pn，则重设参数Pn＝Pn+1，αn＝αn+1，进入参数修正；如果Pn+1＜＝Pn，则进入反向调整。 
2、反向调整，改变输出功率调整因数αn-1＝αn-2Δα，并根据输出功率调整因数αn-1调整功率输出控制PWM，采样调整后的电压U，电流I，计算出功率Pn-1＝U×I；比较调整后功率Pn-1和调整前功率Pn；如果Pn-1＞Pn，则重设参数Pn＝Pn-1，αn＝αn-1，进入参数修正过程3；如果Pn-1＜＝Pn，则进入正向调整1。 
3、参数修正，当进行正向调整或反向调整判断有需求调整参数时，对功能Pn进行量化ΔPn，计算出功率对调整参数的变化率ΔPn/Δα，再量化变化率ΔPn/Δα。计算隶属辅助函数Uppb、Upps、Upnb、Upns、Uh1、Uh2，其中：Uppb为当前太阳能电池板电压(即，上桥上的电压)；Upps为前一时刻的太阳能电池板电压；Upnb为当前太阳能电池板电压(即，下桥上的电压)；Upns：为前一时刻的太阳能电池板电压；Uh1：为上桥的开关占空比所产生的脉动电压；Uh2：为下桥的开关占空比所产生的脉动电压。 
根据隶属辅助函数的结果求出输出功率调整因数的权值W1，W2，W3，W4，W5。求出新的输出功率调整因数变化步长Δα，再进入新的调整周期。 
经过上述步骤后，通过MPPT算法最大功率输出点进行快速跟踪，选择最优的功率输出，使太阳能电池板工作在最大功率状态，风能直接由一个风力发电机送入48V的直流电。 
如图1所示，本发明的优选实施方式是：所述变频空调控制系统还包括连接所述太阳能发电单元1输出端的第一继电器3，当太阳能发电单元1不供电时，则通过所述第一继电器3切断所述太阳能发电单元1的供电。所述变频空调控制系统还包括连接风能发电单元2输出端的第二继电器4，当风能发电单元2不供电时，则通过所述第二继电器4切断所述风能发电单元2的供电。 
本发明的优选实施方式是：当采用所述太阳能发电单元1和所述风能发电单元2同时供电时，所述太阳能发电单元1为空调直流外风机和空调直流内风机供电，所述风能发电单元2和市电为空调压缩机供电。 
本发明的进一步技术方案是：所述变频空调控制系统还包括隔离作用的开关电源隔离单元。 
本发明的优选实施方式是：所述变频空调控制系统还包括漏电检测单元11，所述漏电检测单元11检测漏电流并进行提示。 
本发明的技术效果是：本发明一种风能光能互补变频空调控制系统，通过将风能发电单元、太阳能发电单元及市电互补进行切换使用，在使用中采用控制单元进行无缝衔接，采用直流侧无缝并网技术实现有太阳能时以太阳能工作为 主，无太阳能时以风力发电及市电工作为主。提高了太阳能、风能的利用效率，同时可以有效地保护机器部件及机器的正常使用。 
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种风能光能互补变频空调控制系统，其特征在于，包括太阳能发电单元、风能发电单元、隔离单元、进行切换输出处理的控制单元、采样太阳能输出光伏电压大小的太阳能采样单元、采样风能输出风能电压大小的风能采样单元，所述控制单元接收所述太阳能采样单元和所述风能采样单元的采样信号，当采样的光伏电压在工作电压范围内且光伏电压高于风能电压超过预定范围，则切换到太阳能发电单元供电；当采样的风能电压在工作电压范围内且风能电压高于光伏电压超过预定范围，则切换到风能发电单元供电；当光伏电压和风能电压均在工作电压范围内且光伏电压和风能电压之差在预定范围时，则太阳能发电单元和风能发电单元同时供电；当光伏电压和风能电压均不在工作电压范围内时，则采用市电供电；所述太阳能发电单元的输出端与所述风能发电单元的输出端并接后经所述隔离单元后输出到直流变频空调控制器的直流输入端；当太阳能发电单元或风能发电单元供电或者太阳能发电单元和风能发电单元同时供电时，所述控制单元根据输出功率调整输出功率因数确定最大功率,采用MPPT算法使所述太阳能发电单元或风能发电单元工作在最大功率点上。
2.根据权利要求1所述风能光能互补变频空调控制系统，其特征在于，所述变频空调控制系统还包括连接所述太阳能发电单元输出端的第一继电器，当太阳能发电单元不供电时，则通过所述第一继电器切断所述太阳能发电单元的供电。
3.根据权利要求1或2所述风能光能互补变频空调控制系统，其特征在于，所述变频空调控制系统还包括连接风能发电单元输出端的第二继电器，当风能发电单元不供电时，则通过所述第二继电器切断所述风能发电单元的供电。
4.根据权利要求1所述风能光能互补变频空调控制系统，其特征在于，所述隔离单元包括升压变压器，所述光伏电压经升压后输出。
5.根据权利要求1所述风能光能互补变频空调控制系统，其特征在于，所述预定范围为3V到4.5V。
6.根据权利要求1所述风能光能互补变频空调控制系统，其特征在于，当采用所述太阳能发电单元和所述风能发电单元同时供电时，所述太阳能发电单元为空调直流外风机和空调直流内风机供电，所述风能发电单元和市电为空调压缩机供电。
7.根据权利要求1所述风能光能互补变频空调控制系统，其特征在于，所述变频空调控制系统还包括隔离作用的开关电源隔离单元。
8.根据权利要求1所述风能光能互补变频空调控制系统，其特征在于，所述变频空调控制系统还包括漏电检测单元，所述漏电检测单元检测漏电流并进行提示。
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