CN103904691A - 一种智能光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能光伏发电系统，包括DC-DC双向转换电路、DC-AC双向转换电路、MPPT控制器、用于将太阳能转化为电能太阳能光伏组、中央控制器、人机界面模块、直流母线、蓄电池、市电线，所述市电线包括火线和地线，所述太阳能光伏组将太阳能转化为电能，再将电能输送到MPPT控制器中，然后经过稳压将直流信号输入到直流母线，所述直流母线和蓄电池之间连接DC-DC双向转换电路，所述直流母线和火线之间连接DC-AC双向转换电路，所述地线输出的是地信号，本发明提供一种系统结构简单、成本低、转换效率高、转换功率密度大、智能化程度高、高效低成本的一种智能光伏发电系统。

Description

一种智能光伏发电系统

技术领域

本发明涉及太阳能离网并网发电系统，特别涉及一种智能光伏发电系统。

背景技术

随着化石能源的枯竭和对环境保护意识的不断加强，大力发展新能源发电技术已经得到广大共识，光伏发电作为新能源发电的重要方向，随着成本的不断降低，技术的不断成熟，能源成本的增加，环境成本的增加，使得光伏发电已经具备和传统能源的竞争力，但是仍然面临种种问题，例如：太阳能并网发电如果大规模应用必然会导致电网饱和，造成并网容量受限，已经大规模应用的不间断电源系统设备让社会花去巨大成本，却不能低成本的与太阳能进行高效结合来提高其性能，传统的光伏离网发电系统结构控制复杂，成本高，而且当有条件并网发电时不能自由转换成并网发电系统来提高系统性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有产品中的不足，提供一种系统结构简单、成本低、转换效率高、转换功率密度大、智能化程度高、高效低成本的一种智能光伏发电系统，实现可程控的直流母线和火线之间能量相互交换的功能。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种智能光伏发电系统，包括DC-DC双向转换电路、DC-AC双向转换电路、MPPT控制器、用于将太阳能转化为电能太阳能光伏组、中央控制器、人机界面模块、直流母线、蓄电池、市电线，市电线包括火线和地线，太阳能光伏组将太阳能转化为电能，再将电能输送到MPPT控制器中，然后经过稳压将直流信号输入到直流母线，直流母线和蓄电池之间连接DC-DC双向转换电路，直流母线和火线之间连接DC-AC双向转换电路，地线输出的是地信号。

本发明的DC-DC双向转换电路包括双向DC-DC直流电变换器、三个PWM信号、地信号，三个PWM信号之间相位差相差120度，双向DC-DC直流电变换器包括电容C2、功率开关管T1、功率开关管T2、功率开关管T3、功率开关管T4、功率开关管T5、功率开关管T6、变压器漏电感L1、变压器漏电感L2、变压器漏电感L3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，功率开关管T1的发射极连接功率开关管T2的集电极，功率开关管T1的发射极和集电极之间正向连接二极管D1，功率开关管T2的发射极和集电极之间正向连接二极管D2，功率开关管T1的发射极连接变压器漏电感L1的一端，功率开关管T3的发射极连接功率开关管T4的集电极，功率开关管T3的发射极和集电极之间正向连接二极管D3，功率开关管T4的发射极和集电极之间正向连接二极管D4，功率开关管T3的发射极连接变压器漏电感L2的一端，功率开关管T5的发射极连接功率开关管T6的集电极，功率开关管5的发射极和集电极之间正向连接二极管D5，功率开关管T6的发射极和集电极之间正向连接二极管D6，功率开关管T5的发射极连接变压器漏电感L3的一端，功率开关管T1的集电极、功率开关管T3的集电极、功率开关管T5的集电极相互连接，功率开关管T2的发射极、功率开关管T4的发射极、功率开关管T6的发射极相互连接，功率开关管T1与地信号之间连接电容C2，功率开关管T1的集电极连接变压器漏电感L4的一端，功率开关管T2的发射极连接地信号，变压器漏电感L4的一端连接直流母线，功率开关管T1的基极和功率开关管T基极输入第一个PWM信号，功率开关管T3的基极和功率开关管T4基极输入第二个PWM信号，功率开关管T5的基极和功率开关管T6基极输入第三个PWM信号，变压器漏电感L1的另一端与变压器漏电感L2的另一端、变压器漏电感L3的另一端相互连接的连接点连接蓄电池，本发明的双向DC-DC直流电变换器具有结构简单，功率密度大，转换效率高，通过三个PWM信号，三个PWM信号之间相位差相差120度，避免了电流或电压纹波的叠加，大大减少了直流母线上的电流或电压脉动，提高了系统稳定性。

本发明还包括DC-DC控制器，中央控制器控制DC-DC控制器来控制双向DC-DC直流电变换器转换方向和功率的。

本发明的DC-AC双向转换电路包括双向功率逆变电路，双向功率逆变电路包括电容C9、功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、二极管A1、二极管A2、二极管A3、二极管A4、变压器漏电感L11、变压器漏电感L12、变压器、电容C10、4路SPWM控制信号，功率开关管S1的发射极和集电极之间正向连接二极管A1，功率开关管S2的发射极和集电极之间正向连接二极管A2，功率开关管S3的发射极和集电极之间正向连接二极管A3，功率开关管S4的发射极和集电极之间正向连接二极管A4，功率开关管S1的发射极连接功率开关管S2的集电极，功率开关管S3的发射极连接功率开关管S4的集电极，功率开关管S2的集电极连接变压器漏电感L12的一端，功率开关管S4的集电极连接变压器漏电感L11的一端，变压器漏电感L12的另一端和变压器漏电感L11的另一端连接变压器初级线圈的两端，变压器次级线圈的两端连接电容C10，变压器次级线圈的两端连接市电线，功率开关管S1的基极、功率开关管S2的基极、功率开关管S3的基极、功率开关管S3的基极输入4路SPWM控制信号。

本发明的DC-AC双向转换电路还包括DC-AC控制模块，DC-AC控制模块通过对直流母线电压和市电线相位和调制得出4路SPWM控制信号。

本发明还包括电容C1，所述电容C1两端连接连接直流母线和地信号。

本发明还包括电容C3，功率开关管T4的发射极与变压器漏电感L2的另一端之间连接电容C3。

本发明的有益效果如下：1、本发明采用双向DC-DC直流电变换器，具有结构简单，功率密度大，转换效率高；2、本发明采用双向功率逆变电路，实现了双向能量的可控交换，实现可程控的直流母线和火线之间能量相互交换的功能。

附图说明

图1为本发明的双向DC-DC直流电变换器的电路原理图；

图2为本发明的双向功率逆变电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明：

本发明的一种智能光伏发电系统，包括DC-DC双向转换电路、DC-AC双向转换电路、MPPT控制器、用于将太阳能转化为电能太阳能光伏组、中央控制器、人机界面模块、直流母线、蓄电池、市电线，市电线包括火线和地线，太阳能光伏组将太阳能转化为电能，再将电能输送到MPPT控制器中，然后经过稳压将直流信号输入到直流母线，直流母线和蓄电池之间连接DC-DC双向转换电路，直流母线和火线之间连接DC-AC双向转换电路，地线输出的是地信号。DC-DC双向转换电路包括双向DC-DC直流电变换器、三个PWM信号、地信号，三个PWM信号之间相位差相差120度，如图1所示，双向DC-DC直流电变换器包括电容C2、功率开关管T1、功率开关管T2、功率开关管T3、功率开关管T4、功率开关管T5、功率开关管T6、变压器漏电感L1、变压器漏电感L2、变压器漏电感L3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，功率开关管T1的发射极连接功率开关管T2的集电极，功率开关管T1的发射极和集电极之间正向连接二极管D1，功率开关管T2的发射极和集电极之间正向连接二极管D2，功率开关管T1的发射极连接变压器漏电感L1的一端，功率开关管T3的发射极连接功率开关管T4的集电极，功率开关管T3的发射极和集电极之间正向连接二极管D3，功率开关管T4的发射极和集电极之间正向连接二极管D4，功率开关管T3的发射极连接变压器漏电感L2的一端，功率开关管T5的发射极连接功率开关管T6的集电极，功率开关管5的发射极和集电极之间正向连接二极管D5，功率开关管T6的发射极和集电极之间正向连接二极管D6，功率开关管T5的发射极连接变压器漏电感L3的一端，功率开关管T1的集电极、功率开关管T3的集电极、功率开关管T5的集电极相互连接，功率开关管T2的发射极、功率开关管T4的发射极、功率开关管T6的发射极相互连接，功率开关管T1与地信号之间连接电容C2，功率开关管T1的集电极连接变压器漏电感L4的一端，功率开关管T2的发射极连接地信号，变压器漏电感L4的一端连接直流母线，功率开关管T1的基极和功率开关管T基极输入第一个PWM信号，功率开关管T3的基极和功率开关管T4基极输入第二个PWM信号，功率开关管T5的基极和功率开关管T6基极输入第三个PWM信号，变压器漏电感L1的另一端与变压器漏电感L2的另一端、变压器漏电感L3的另一端相互连接的连接点连接蓄电池，本发明的双向DC-DC直流电变换器具有结构简单，功率密度大，转换效率高，通过三个PWM信号之间相位差相差120度，避免了电流或电压纹波的叠加，大大减少了直流母线上的电流或电压脉动，提高了系统稳定性。本发明还包括DC-DC控制器，中央控制器控制DC-DC控制器来控制双向DC-DC直流电变换器转换方向和功率。

如图2所示，DC-AC双向转换电路包括双向功率逆变电路，双向功率逆变电路包括电容C9、功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、二极管A1、二极管A2、二极管A3、二极管A4、变压器漏电感L11、变压器漏电感L12、变压器、电容C10、4路SPWM控制信号，功率开关管S1的发射极和集电极之间正向连接二极管A1，功率开关管S2的发射极和集电极之间正向连接二极管A2，功率开关管S3的发射极和集电极之间正向连接二极管A3，功率开关管S4的发射极和集电极之间正向连接二极管A4，功率开关管S1的发射极连接功率开关管S2的集电极，功率开关管S3的发射极连接功率开关管S4的集电极，功率开关管S2的集电极连接变压器漏电感L12的一端，功率开关管S4的集电极连接变压器漏电感L11的一端，变压器漏电感L12的另一端和变压器漏电感L11的另一端连接变压器初级线圈的两端，变压器次级线圈的两端连接电容C10，变压器次级线圈的两端连接市电线，功率开关管S1的基极、功率开关管S2的基极、功率开关管S3的基极、功率开关管S3的基极输入4路SPWM控制信号。双向功率逆变电路将直流母线上的太阳能电力或者蓄电池电力逆变成交流电，当市电接入时，可跟踪市电频率，完成并网发电，此时若蓄电池缺电，可由充电模块完成对蓄电池的充电，负载此时由市电供电，当市电断开时，可自动检测到市电断开，自动断并网的电气连接，切换到由直流母线的太阳能电力或者蓄电池电能经双向功率逆变电路升压到直流母线后的电力逆变后给负载供电完成不间断供电功能，双向功率逆变电路可预设保留一定的蓄电池电量给负载备用，在指定时段内将蓄电池电力并入电网，或在指定时段内使用电网电力给蓄电池充电。

本发明还包括电容C1，所述电容C1两端连接连接直流母线和地信号，电容C1对信号进行滤波作用。

本发明还包括电容C3，功率开关管T4的发射极与变压器漏电感L2的另一端之间连接电容C3，电容C3对信号进行滤波作用。

本发明进行典型的纯并网发电模式，离网发电模式下的运行，也可以进行并网储能发电模式下运行。在并网储能模式下：当太阳能电力较强时，通过MPPT模块送入直流母线，如蓄电池缺电，优先选择太阳能给蓄电池充电，如电力有冗余，则通过并网模块逆变后全部送入电网给负载供电或者卖电到电网，负载则直接从市电取电；当太阳能电力较弱，如蓄电池缺电，充电电能可由市电经双向功率逆变电路转换到直流母线，经过双向DC-DC直流电变换器降压后给蓄电池充电，负载直接从市电取电；当市电断电时，控制系统自动关断电网，负载由蓄电池和太阳能电力供电，当市电恢复时，由市电对负载的供电，实现对负载的不间断供电。并网储能运行模式下可开启削峰填谷功能，市电缺电的时段不对蓄电池进行充电，只在设定的夜晚电价较低时段，或者市电富裕时段，启动市电经双向功率逆变电路转换到直流母线，经双向DC-DC直流电变换器降压后给蓄电池进行充电，完成消峰动作。并网储能运行模式下可开启削峰填谷功能，当市电富裕的时段蓄电池不放电，只在设定的白天电价高时段，或者市电缺乏时段，启动蓄电池电能经双向DC-DC直流电变换器升压到直流母线然后经双向功率逆变电路并网到市电。完成填谷动作，可以限定蓄电池放电深度，以保障在电网断电时的不间断供电。本发明在离网发电模式下，在不接市电时，本系统可简单的组合成光伏离网发电系统，因为少了单独的太阳能充放电控制器，比传统离网发电系统结构更简洁高效，白天太阳能电力经过MPPT模块进入直流母线经过双向DC-DC直流电变换器对蓄电池充电，同时可逆变给负载供电；当负载功率大于太阳能发电功率时，系统自动调用蓄电池电能经双向DC-DC直流电变换器升压后为DC母线供应电力，逆变后给负载供电；夜晚时，负载电能全部由蓄电池提供。本发明在纯并网发电模式下，在不接电池时，本系统可组合成典型的光伏并网发电系统，太阳能电力经MPPT模块送入直流母线后经过双向功率逆变电路逆变并入市电，负载在系统控制下直接由市电供电。

本发明采用双向DC-DC直流电变换器大大降低了系统复杂程度，具有系统结构简单成本低，转换效率高，转换功率密度大，智能化程度高等优点，本发明自主研发出双向功率逆变电路电路拓扑简洁高效，通过调整4路SPWM控制信号，调节双向功率逆变电路的功率因数，实现能量的双向可控流动，高效率、低成本的实现了可程控的双向逆变的功能，双向逆变指的是直流母线和火线之间能量相互交换的功能。

需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种智能光伏发电系统，其特征在于，包括DC-DC双向转换电路、DC-AC双向转换电路、MPPT控制器、用于将太阳能转化为电能太阳能光伏组、中央控制器、人机界面模块、直流母线、蓄电池、市电线，所述市电线包括火线和地线，所述太阳能光伏组将太阳能转化为电能，再将电能输送到MPPT控制器中，然后经过稳压将直流信号输入到直流母线，所述直流母线和蓄电池之间连接DC-DC双向转换电路，所述直流母线和火线之间连接DC-AC双向转换电路，所述地线输出的是地信号。

2.根据权利要求1所述一种智能光伏发电系统，其特征在于，所述DC-DC双向转换电路包括双向DC-DC直流电变换器、三个PWM信号、地信号，所述三个PWM信号之间相位差相差120度，所述双向DC-DC直流电变换器包括电容C2、功率开关管T1、功率开关管T2、功率开关管T3、功率开关管T4、功率开关管T5、功率开关管T6、变压器漏电感L1、变压器漏电感L2、变压器漏电感L3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，所述功率开关管T1的发射极连接功率开关管T2的集电极，所述功率开关管T1的发射极和集电极之间正向连接二极管D1，所述功率开关管T2的发射极和集电极之间正向连接二极管D2，所述功率开关管T1的发射极连接变压器漏电感L1的一端，所述功率开关管T3的发射极连接功率开关管T4的集电极，所述功率开关管T3的发射极和集电极之间正向连接二极管D3，所述功率开关管T4的发射极和集电极之间正向连接二极管D4，所述功率开关管T3的发射极连接变压器漏电感L2的一端，所述功率开关管T5的发射极连接功率开关管T6的集电极，所述功率开关管5的发射极和集电极之间正向连接二极管D5，所述功率开关管T6的发射极和集电极之间正向连接二极管D6，所述功率开关管T5的发射极连接变压器漏电感L3的一端，所述功率开关管T1的集电极、功率开关管T3的集电极、功率开关管T5的集电极相互连接，所述功率开关管T2的发射极、功率开关管T4的发射极、功率开关管T6的发射极相互连接，所述功率开关管T1与地信号之间连接电容C2，所述功率开关管T1的集电极连接变压器漏电感L4的一端，所述功率开关管T2的发射极连接地信号，所述变压器漏电感L4的一端连接直流母线，所述功率开关管T1的基极和功率开关管T基极输入第一个PWM信号，所述功率开关管T3的基极和功率开关管T4基极输入第二个PWM信号，所述功率开关管T5的基极和功率开关管T6基极输入第三个PWM信号，所述变压器漏电感L1的另一端与变压器漏电感L2的另一端、变压器漏电感L3的另一端相互连接的连接点连接蓄电池。

3.根据权利要求2所述一种智能光伏发电系统，其特征在于，还包括DC-DC控制器，所述中央控制器控制DC-DC控制器来控制双向DC-DC直流电变换器转换方向和功率的。

4.根据权利要求1所述一种智能光伏发电系统，其特征在于，所述DC-AC双向转换电路包括双向功率逆变电路，所述双向功率逆变电路包括电容C9、功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、二极管A1、二极管A2、二极管A3、二极管A4、变压器漏电感L11、变压器漏电感L12、变压器、电容C10、4路SPWM控制信号，所述功率开关管S1的发射极和集电极之间正向连接二极管A1，所述功率开关管S2的发射极和集电极之间正向连接二极管A2，所述功率开关管S3的发射极和集电极之间正向连接二极管A3，所述功率开关管S4的发射极和集电极之间正向连接二极管A4，所述功率开关管S1的发射极连接功率开关管S2的集电极，所述功率开关管S3的发射极连接功率开关管S4的集电极，所述功率开关管S2的集电极连接变压器漏电感L12的一端，所述功率开关管S4的集电极连接变压器漏电感L11的一端，所述变压器漏电感L12的另一端和变压器漏电感L11的另一端连接变压器初级线圈的两端，所述变压器次级线圈的两端连接电容C10，所述变压器次级线圈的两端连接市电线，所述功率开关管S1的基极、功率开关管S2的基极、功率开关管S3的基极、功率开关管S3的基极输入4路SPWM控制信号。

5.根据权利要求3所述一种智能光伏发电系统，其特征在于，所述DC-AC双向转换电路还包括DC-AC控制模块，所述DC-AC控制模块通过对直流母线电压和市电线相位和调制得出4路SPWM控制信号。

6.根据权利要求2所述一种智能光伏发电系统，其特征在于，还包括电容C1，所述电容C1两端连接连接直流母线和地信号。

7.根据权利要求2所述一种智能光伏发电系统，其特征在于，还包括电容C3，所述功率开关管T4的发射极与变压器漏电感L2的另一端之间连接电容C3。

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