CN103606958B - 一种混合式逆变器以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合式逆变器，包括有与负载相连接的逆变器本体，逆变器本体与主控机相连接，其中，逆变器本体分别与光伏电池、蓄电池以及公共电网相连接，逆变器本体内设置有用于接收、处理测量装置测得的物理量的数字信号处理器、用于储存逆变器运行数据的储存芯片以及用于转换控制信号的继电器组，继电器组上并联一可控硅，数字信号处理器与储存芯片信号连接，继电器组通过驱动电路与数字信号处理器信号连接，储存芯片与驱动电路信号连接；本发明结构简单、能够根据发电状况和用电状况进行自主调节工作模式，在保证负载用电需求的同时，提高太阳能的利用效率，且能保证负载的不间断供电。

Description

一种混合式逆变器以及控制方法
技术领域
    本发明涉及太阳能发电设备的技术领域，特别涉及一种混合式逆变器以及控制方法。
背景技术
逆变器又称电源调整器，根据逆变器在光伏发电系统中的用途可分为离网式逆变器和并网式逆变器二种；离网式逆变器即独立型电源用逆变器。根据波形调制方式又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器和组合式三相逆变器。对于用于并网系统的逆变器，根据有无变压器又可分为变压器型逆变器和无变压器型逆变器。在我国“十一五”期间，诸如逆变器等光伏发电配套设备多处在研发和创新阶段，较少受到政策关注。“十二五”时期，光伏发电市场的趋势是向全产业链发展，晶硅、组件以外的配套设备将受到市场与政策的进一步关注，发改委将逆变器列入指导目录鼓励类，就是这一趋势的体现。2010年，我国光伏并网容量达500兆瓦，逆变器市场在5亿元左右。2011年6月，“十二五”国内的光伏装机容量目标大幅上调到10GW，较之前公布的目标翻了一番。假设这些装机全部并网，按照1元/瓦造价计算，预计到2015年，国内逆变器市场将达到100亿元。随着光伏逆变器行业竞争的不断加剧，大型光伏逆变器企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的光伏逆变器生产企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。正因为如此，一大批国内优秀的光伏逆变器品牌迅速崛起，逐渐成为光伏逆变器行业中的翘楚。
并网式逆变器只能用于并网发电，而离网逆变器则存在太阳光照较弱时，负载用电受到限制的缺点，两者都无法根据实际情况进行调节而满足使用者的实际需求，因此其结构有待进一步改进。
为了克服现在装置的缺点需要设计一种兼有并网和离网发电的优点，能充分利用光伏能源，又能保证用户的实用需求的光伏发电装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供结构简单、能够根据发电状况和用电状况进行自主调节工作模式，且能保证负载的不间断供电的一种混合式逆变器以及控制方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种混合式逆变器，包括有与负载相连接的逆变器本体，逆变器本体与主控机相连接，其中，逆变器本体分别与光伏电池、蓄电池以及公共电网相连接，逆变器本体内设置有用于接收、处理测量装置测得的物理量的数字信号处理器、用于储存逆变器运行数据的储存芯片以及用于转换控制信号的继电器组，继电器组中用于控制负载的继电器上并联一可控硅，数字信号处理器与储存芯片信号连接，继电器组通过驱动电路与数字信号处理器信号连接，储存芯片与驱动电路信号连接；数字信号处理器接收、处理测量装置测得的物理量判断发电状况和用电状况，选择工作模式并发出控制信号。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的负载的控制电路与用于控制负载的继电器的控制电路相并联，负载的控制电路中连接有可控硅Q20和可控硅Q21，可控硅Q20和可控硅Q21方向相反设置。
上述的测量装置与数字信号处理器之间设置有A/D转换器。
上述的测量装置为电压表、电流表、温度计和其他物理量参数测量装置。
上述的数字信号处理器通过接口电路与主控机相连接。
上述的数字信号处理器通过接口电路与显示器相连接。
上述的显示器为LCD液晶屏显示器或LED显示器。
上述的工作模式为并网模式、离网模式和旁路模式。
一种混合式逆变器的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、测量装置测量光伏电池的发电量、蓄电池的储电量以及负载的用电量，同时测量公共电网是否有市电，并将所测得的物理量发送至数字信号处理器；
步骤二、数字信号处理器接收、处理测量装置测得的物理量计算、判断发电状况和用电状况；
步骤三、数字信号处理器根据判断结果选择工作模式并发出控制信号，继电器组接收、转换控制信号，并控制设备运行，模式转换时，先导通可控硅，再完成继电器组转换，然后切断可控硅；
步骤四、数字信号处理器将接收数据和判断结果发送至主控机，以供操作人员进行远程监控和控制。
上述的步骤二中数字信号处理器对物理量的计算算法是模糊控制算法。
与现有技术相比，本发明一种混合式逆变器，包括有与负载相连接的逆变器本体，逆变器本体与主控机相连接，其中，逆变器本体分别与光伏电池、蓄电池以及公共电网相连接，逆变器本体内设置有用于接收、处理测量装置测得的物理量的数字信号处理器、储存芯片以及继电器组，数字信号处理器与储存芯片信号连接，继电器组通过驱动电路与数字信号处理器信号连接，储存芯片与驱动电路信号连接；测量装置实时测量光伏电池、蓄电池、公共电网以及负载的电流、电压等物理量，数字信号处理器接收、处理测量装置测得的物理量，判断发电状况和负载的用电状况，根据判断结果选择工作模式并发出控制信号，控制信号由继电器组转换后控制光伏电池、蓄电池以及公共电网供电，从而实现对发电设备和负载的实时监控和控制；同时，数字信号处理器将接收数据和判断结果发送至主控机，以便操作人员在远程进行监控和操作。模式转换时，先导通可控硅，再完成继电器组转换，然后切断可控硅，利用可控硅作为一个过渡，保证负载的不间断供电。
本发明的混合式逆变器可以根据实时的发电状况和用电状况，自主选择工作模式：并网模式、离网模式和旁路模式。并网模式下，光伏电池将所发的电输送至公共电网，并向负载供电；离网模式下，光伏电池和蓄电池向负载供电；在旁路模式下，公共电网直接向负载供电。根据不同的光照条件选择不同的模式向负载供电，在充分保证负载用电需求的同时，有效提高对太阳能的利用效率，特别适用于电网不稳定或电网供电成本较高的场合。
附图说明
图1是本发明实施例结构示意图；
图2是本发明负载的控制电路；
图3是本发明继电器组中用于控制负载的继电器的控制电路；
图4是本发明逆变器的输出电路；
图5是公共电网与逆变器的连接电路。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1至图5所示的实施例，图标号说明：逆变器本体1、负载21、光伏电池22、蓄电池23、公共电网24、主控机3、接口电路31、测量装置4、A/D转换器41、数字信号处理器5、储存芯片6、继电器组7、驱动电路71、可控硅8、显示器9。
本发明
一种混合式逆变器，包括有与负载21相连接的逆变器本体1，逆变器本体1与主控机3相连接，其中，逆变器本体1分别与光伏电池22、蓄电池23以及公共电网24相连接，逆变器本体1内设置有用于接收、处理测量装置4测得的物理量的数字信号处理器5、用于储存逆变器运行数据的储存芯片6以及用于转换控制信号的继电器组7，继电器组7中用于控制负载21的继电器上并联一可控硅8，数字信号处理器5与储存芯片6信号连接，继电器组7通过驱动电路71与数字信号处理器5信号连接，储存芯片6与驱动电路71信号连接；数字信号处理器5接收、处理测量装置4测得的物理量判断发电状况和用电状况，选择工作模式并发出控制信号。
实施例中，负载21的控制电路与用于控制负载21的继电器的控制电路相并联，负载21的控制电路中连接有可控硅Q20和可控硅Q21，可控硅Q20和可控硅Q21方向相反设置。
实施例中，测量装置4与数字信号处理器5之间设置有A/D转换器41。
实施例中，测量装置4为电压表、电流表、温度计和其他物理量参数。
实施例中，数字信号处理器5通过接口电路31与主控机3相连接。
实施例中，数字信号处理器5通过接口电路31与显示器9相连接。
实施例中，显示器9为LCD液晶屏显示器或LED显示器。
显示器9可以实时显示数字信号处理器5接收到的测量装置4测得的物理量以及设备的运行状况，以便管理者和操作人员能够在远程进行实时的监控，方便了操作人员了解设备的运行状况，也方便了管理者对全局的掌控和调度。
实施例中，储存芯片6为EPROM。EPROM可以对系统在运算时产生的数据，过程，以及人为设置的数据给以存储，操作人员可通过主控机3从EPROM中调取数据，了解设备过往的运行情况，以及修改设置的数据参数。EPROM具有可重复擦除和写入的特点，便于数据的修改，有利于设备的长期稳定运行。
实施例中，工作模式为并网模式、离网模式和旁路模式。
并网模式：光伏电池22发电输送至公共电网24并向负载21供电。
离网模式：光伏电池22和蓄电池23向负载21供电。
旁路模式：公共电网24直接向负载21供电。
根据发电状况和负载21的用电状况，混合式逆变器自主选择工作模式。在日照充足时，利用光伏电池22发电，节能环保；在日照微弱时，光伏电池22不能正常发电的情况下，由蓄电池23和公共电网24提供电源，而当公共电网24不稳定时，光伏电池22和蓄电池23为负载21提供电源。光伏电池22、蓄电池23和公共电网24三者互补，在保证负载21用电需求的同时，提高太阳能的利用效率；其克服现有太阳能逆变器只能并网发电、以及离网逆变器在太阳光照较弱时，负载用电受到限制的缺点，保证负载21用电的稳定性。其适用于电网不稳定或电网供电成本较高的场合。
在模式转换的切换中，尤其是在并网模式和离网模式之间切换时，要求对负载21不间断供电；虽然继电器组7的切换只需要几毫秒，但是，对用户来讲，有时候几毫秒的瞬间断电也是不允许的。本混合式逆变器在继电器组7中用于控制负载的继电器上并联一可控硅8，在继电器组7未吸合时，继电器组7的触头处于打开状态，当数字信号处理器5检测到需要并离网模式切换的时候，首先将可控硅8导通，通过可控硅8向负载21供电，然后再控制继电器组7转换，即将原模式下的继电器组7切断，并将新模式下的继电器组7吸合；待新模式下的继电器组7吸合后，将可控硅8断开，这样，就保证了负载21的不间断供电。
一种混合式逆变器的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、测量装置4测量光伏电池22的发电量、蓄电池23的储电量以及负载21的用电量，同时测量公共电网24是否有市电，并将所测得的物理量发送至数字信号处理器5；电压表、电流表、温度计、其他物理量等测量装置4实时负载21、光伏电池22、蓄电池23以及公共电网24进行测量，并将测量到的物理量经A/D转换器41转换后传送至数字信号处理器5；
步骤二、数字信号处理器5接收、处理测量装置4测得的物理量计算、判断发电状况和用电状况；数字信号处理器5接收测量装置4测量的物理量后，通过模糊控制算法计算、处理后，判断得出实时的发电状况和用电状况，并将得到的物理量和判断得出的发电状况和用电状况传至储存芯片6储存；
步骤三、数字信号处理器5根据判断结果选择工作模式并发出控制信号，继电器组7接收、转换控制信号，并控制设备运行，模式转换时，先导通可控硅8，再完成继电器组7转换，然后切断可控硅8，保证负载21的不间断供电；数字信号处理器5根据判断得出实时的发电状况和用电状况以及预先设置的参数，自主选择合适的工作模式，工作模式的选择在保证负载21用电需求的同时，尽可能用光伏电池22利用太阳能发电供电；
步骤四、数字信号处理器5将接收数据和判断结果发送至主控机3，以供操作人员进行远程监控和控制；操作人员可在主控机3上随时了解设备的运行状况并进行控制，还可以对设置的参数进行修改；同时数字信号处理器5将接收数据和判断结果发送至显示器9显示，以便管理者进行远程的监控和调度。
如图2所示的负载21的控制电路和图3所示的继电器组7中用于控制负载21的继电器的控制电路，将图2中的输出端RY2 IN和P3和图3中继电器触电输出端RY2 IN和P3对应相连，使上述的两个电路相并联；两个电路中的输入信号为同一控制信号分两路分别输入上述的两个电路中。
当需要切换模式使，控制信号同时到达两个电路的输入端；一路从图2的SCR-SW输入端输入至可控硅，另一路从图3下方的输入信号端口输入至继电器线包驱动。继电器线包通电后，继电器触点吸合，负载接通；同时，图2中的可控硅Q20和可控硅Q21瞬间双向接通。由于可控硅的接通过程瞬间完成，而继电器触点的吸合则需要几毫秒；在可控硅接通的几毫秒以后，继电器触点才吸合，此时可控硅和继电器同时接通，再延时几十毫秒后，可控硅关闭，继电器仍保持吸合状态，从而实现负载21的不间断供电。上述的延时时间可根据需要和实际情况由数字信号处理器5进行设定。
如图4所示的逆变器输出电路中，地线输入端O/PN经继电器RY3后与电感L2相连接，火线O/PL经继电器RY4后与电感L2相连接；火线输入端和地线输入端分别经过继电器后再经过电感L2输出。
如图5所示的公共电网与逆变器的连接电路，公共电网通24过继电器RY5和继电器RY6与逆变器相连接。在公共电网24中市电充足的情况下，继电器RY5和继电器RY6接通，将逆变器与公共电网接通，实现公共电网24与逆变器的双向流动供电；而在公共电网24中市电不充足的情况下，断开继电器RY5和继电器RY6，切断逆变器与公共电网的连接。当太阳光照充足时，光伏电池22并网发电，给公共电网馈送电能；而当太阳光照不充足时，公共电网24给负载装置21送点，并对蓄电池23进行充电。
本发明的最佳实施例已被阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (3)

1.一种混合式逆变器的控制方法，混合式逆变器包括有与负载(21)相连接的逆变器本体(1)，所述的逆变器本体(1)与主控机(3)相连接，所述的逆变器本体(1)分别与光伏电池(22)、蓄电池(23)以及公共电网(24)相连接，其特征是：所述的逆变器本体(1)内设置有用于接收、处理测量装置(4)测得的物理量的数字信号处理器(5)、用于储存逆变器运行数据的储存芯片(6)以及用于转换控制信号的继电器组(7)，所述的继电器组(7)中用于控制负载(21)的继电器上并联一可控硅(8)，所述的测量装置(4)与数字信号处理器(5)之间设置有A/D转换器(41)，所述的数字信号处理器(5)与储存芯片(6)信号连接，所述的继电器组(7)通过驱动电路(71)与数字信号处理器(5)信号连接，所述的储存芯片(6)与驱动电路(71)信号连接；所述的数字信号处理器(5)接收、处理测量装置(4)测得的物理量判断发电状况和用电状况，选择工作模式并发出控制信号；所述的工作模式为并网模式、离网模式和旁路模式；并网模式为光伏电池(22)发电输送至公共电网(24)并向负载(21)供电，离网模式为光伏电池(22)和蓄电池(23)向负载(21)供电，旁路模式为公共电网(24)直接向负载(21)供电；所述的数字信号处理器(5)通过接口电路(31)与主控机(3)相连接；所述的数字信号处理器(5)通过接口电路(31)与显示器(8)相连接，所述的显示器(8)为LCD显示器或LED显示器；显示器(9)能实时显示数字信号处理器(5)接收到的测量装置(4)测得的物理量以及设备的运行状况；该混合式逆变器的控制方法包括以下步骤：
步骤一、测量装置(4)测量光伏电池(22)的发电量、蓄电池(23)的储电量以及负载(21)的用电量，同时测量公共电网(24)是否有市电，并将所测得的物理量发送至数字信号处理器(5)；
步骤二、数字信号处理器(5)接收、处理测量装置(4)测得的物理量计算、判断发电状况和用电状况，数字信号处理器(5)对物理量的计算算法是模糊控制算法；
步骤三、数字信号处理器(5)根据判断结果选择工作模式并发出控制信号，继电器组(7)接收、转换控制信号，并控制设备运行，负载模式转换时，先导通可控硅(8)，再完成继电器转换，然后切断可控硅(8)；
步骤四、数字信号处理器(5)将接收数据和判断结果发送至主控机(3)，以供操作人员进行远程监控和控制。
2.根据权利要求1所述的一种混合式逆变器的控制方法，其特征是：所述的负载(21)的控制电路与用于控制负载(21)的继电器的控制电路相并联，所述的负载(21)的控制电路中连接有可控硅Q20和可控硅Q21，所述的可控硅Q20和可控硅Q21方向相反设置。
3.根据权利要求2所述的一种混合式逆变器的控制方法，其特征是：所述的测量装置(4)为电压表、电流表、温度计和压力表。
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