CN104135027B - 光伏变频空调器及其供电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏变频空调器及其供电控制方法，该空调器包括光伏并网逆变系统和变频空调系统，光伏并网逆变系统包括依次电连接的光伏电池、功率变换电路和对功率变换电路进行控制的光伏控制电路。功率变换电路包括依次电连接的升压电路、高频隔离变换电路和逆变电路；变频空调系统包括空调控制电路、电网连接端和直流母线连接端；光伏控制电路与空调控制电路电连接，逆变电路的输出端与电网连接端电连接，高频隔离变换电路的输出端与直流母线连接端电连接。该光伏变频空调器使用光能为空调运行提供电能，降低空调运行成本及空调运行带给电网的压力。且其采用的高频隔离式设计，有效阻断高频漏电流通路，提升了系统整体的安全性。

Description

光伏变频空调器及其供电控制方法

技术领域

本发明涉及空调领域，尤其涉及一种光伏变频空调器及其供电控制方法。

背景技术

太阳能是人类取之不尽、用之不竭的清洁能源，相较于传统的石化能源，具有绿色、无污染、可持续等特点。随着科技水平的提升，太阳能的利用也越来越广泛，继太阳能热能转化利用之后，太阳能光伏电能的转化利用成为21世纪的研究热点。空调作为家庭用电中的耗电大户，将空调用电由太阳能光伏电池来提供，可以大大减轻电网的负荷，也有助于降低空调的使用成本。

将并网逆变与空调相结合，设计出一种带有光伏并网功能的空调器，可以实现光伏太阳能为空调供电，既可以减少白天使用空调时对电网造成的过大负荷，又可以节省电费支出。同时，在空调闲置时又是一个小型的光伏发电站，可以进行并网发电。家庭用户除满足空调自身用电需求外，多余的电量可以回馈电网，为其他电器提供电能。

发明内容

基于此，有必要针对空调能耗过大，造成使用成本过高的问题，提供一种能够为自身提供电能且能适当向电网供应电能的光伏变频空调器及其供电控制方法。

为实现本发明目的提供的一种光伏变频空调器，包括光伏并网逆变系统和变频空调系统，所述光伏并网逆变系统包括依次电连接的光伏电池、功率变换电路和对所述功率变换电路进行控制的光伏控制电路，所述功率变换电路包括依次电连接的升压电路、高频隔离变换电路和逆变电路；所述变频空调系统包括空调控制电路、电网连接端和直流母线连接端，其中：

所述光伏控制电路与所述空调控制电路电连接，所述逆变电路的输出端与所述电网连接端电连接，所述高频隔离变换电路的输出端与所述直流母线连接端电连接；

所述高频隔离变换电路为高频变压器；

所述升压电路用于将光伏电池输出的低压直流电转换为高压直流电，所述高频变压器用于通过初级线圈和次级线圈的电气隔离抑制所述光伏并网逆变系统的对地漏电流，所述逆变电路用于将高压直流电转换为市电交流电。

作为一种光伏变频空调器的可实施方式，所述功率变换电路还包括EMI滤波电路，所述EMI滤波电路连接在所述光伏电池和所述升压电路之间。

作为一种光伏变频空调器的可实施方式，所述光伏并网逆变系统还包括开关控制电路，所述开关控制电路与所述高频隔离变换电路的输出端和所述逆变电路的输出端电连接，且所述开关控制电路与所述光伏控制电路电连接，用于控制所述光伏电池与所述电网连接端和/或所述直流母线连接端的导通或者断开。

作为一种光伏变频空调器的可实施方式，所述光伏并网逆变系统还包括与所述光伏控制电路电连接的按键控制装置，用于手动对所述光伏并网逆变系统与变频空调系统的连接状态进行选择。

作为一种光伏变频空调器的可实施方式，所述按键控制装置中还包括显示单元，用于显示所述光伏并网逆变系统的参数和状态信息。

作为一种光伏变频空调器的可实施方式，所述光伏控制电路包括主控制器，以及分别与所述主控制器电连接的采样及调理电路、保护电路、驱动电路和通信电路，其中：

所述采样及调理电路，用于采样电压、电流、频率、相位和温度的模拟信号，并进行电平转换后输入到所述主控制器中；

所述保护电路与功率器件电连接，对过电压，和/或过电流，和/或过热的异常情况，控制所述功率器件紧急关断；

所述驱动电路提供驱动电流，以控制所述功率器件的导通与关断；

所述通信电路实现与空调控制电路的数据交换。

作为一种光伏变频空调器的可实施方式，所述光伏并网逆变系统还包括电源供应电路，用于为所述光伏并网逆变系统中的低压用电设备提供稳定的直流电源。

基于相同发明构思的一种光伏变频空调器的供电控制方法，包括以下步骤：

检测光伏电池的输出功率及变频空调的工作功率；

计算所述光伏电池的输出功率与所述变频空调的工作功率的差值；

根据所述差值的大小控制所述变频空调的运行状态；

所述运行状态包括光伏供电模式、混合供电模式和余电并网模式；

所述变频空调运行在所述光伏供电模式下时，由所述光伏电池单独对所述变频空调供电；所述变频空调运行在所述混合供电模式下时，由所述光伏电池和电网同时对所述变频空调供电；所述变频空调运行在所述余电并网模式时，所述光伏电池单独对所述变频空调供电的同时向所述电网供应电能。

作为一种光伏变频空调器的供电控制方法的可实施方式，所述运行状态还包括普通运行模式；

所述变频空调运行在所述普通运行模式下时，由所述电网单独对所述变频空调供电；

且，当所述变频空调处于未运行状态时，所述光伏电池向所述电网供应电能。

本发明的有益效果包括：

本发明提供的一种光伏变频空调器及其供电控制方法，通过功率变换电路将光伏电池的电能转换为高压直流电能为变频空调供电，或者将光伏电池的电能转换为交流电供应到电网中，使用光能为空调运行提供电能，降低空调运行成本及空调运行带给电网的压力。同时将光伏电池的电能并入电网中，可以为其他电器供应电能，充分利用了光能，降低用户整体的电能消耗，具有非常大实际意义。且其采用的高频隔离式设计，有效阻断高频漏电流通路，提升了系统安全性。

附图说明

图1为本发明一种光伏变频空调器的一具体实施例的结构示意图；

图2为本发明一种光伏变频空调器的一具体实施例的光伏控制电路的结构示意图；

图3为本发明一种光伏变频空调器的供电控制方法的一具体实施例的流程图；

图4为本发明一种光伏变频空调器的供电控制方法的空调运行模式示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的光伏变频空调器及其供电控制方法的具体实施方式进行说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明一实施例的光伏变频空调器，包括光伏并网逆变系统100和变频空调系统200。其中，光伏并网逆变系统100包括依次电连接的光伏电池110、功率变换电路120和对所述功率变换电路120进行控制的光伏控制电路130。且，如图1所示，功率变换电路120中包括从左到右依次电连接的升压电路122、高频隔离变换电路123和逆变电路124。变频空调系统200包括空调控制电路210、电网连接端220和直流母线连接端230。其中，直流母线连接端通过直流母线240连接高频隔离变换电路123的输出端。

同时，光伏控制电路130与空调控制电路210电连接；逆变电路124的输出端通过导线与电网连接端220电连接；高频隔离变换电路123的输出端通过导线与直流母线连接端230电连接，用于导通光伏电池110和变频空调，为变频空调的压缩机提供电能。

需要说明的是，上述的升压电路122用于将光伏电池输出的低压直流电转换为高压直流电，以便后续转换为交流电之后作为变频空调的电源。高频隔离变换电路123用于阻断高频变电压的传输通路。做某些实施例中，可选择高频变压器作为高频隔离变换电路123。采用高频变压器电将高压直流电进行耦合传输到次级，使变压器初次级实现电气隔离，实现了光伏电池110的输出与交流电网以及变频空调的安全隔离，阻断了系统中可能存在的开关器件所产生的高频变电压通过电网、逆变电路、光伏电池对地寄生电容所形成的共模传输路径，降低了光伏电池向电网供电并网过程中系统产生的高频共模漏电流，提升光伏变频空调器整体的安全性。逆变电路124用于将高压直流电转换为市电交流电，以便通过电网连接端将光伏电池的电能并入电网中。

本发明实施例的光伏变频空调器通过功率变换电路120将光伏电池的电能转换为高压直流电能为变频空调供电，或者将光伏电池的电能转换为交流电供应到电网中，使用光能为空调运行提供电能，降低空调运行成本及空调运行带给电网的压力。同时本发明实施例中的光伏电池的电能还能并入电网中，为其他电器供应电能，充分利用了光能，降低用户整体的电能消耗，具有非常大实际意义。且使用了高频隔离变换电路123，如果不使用此器件，则为非隔离式带有光伏逆变器功能的空调器，其光伏电池与交流电网存在电气连接，会在电网、逆变电路、光伏电池寄生电容间形成低阻抗通路，该通路内产生的高频漏电流会带来传导和辐射干扰、进网电流谐波及损耗的增加，甚至危及设备和人员安全。因此，本发明采用的高频隔离式设计，有效阻断高频漏电流通路，提升了系统安全性。

在其中一个实施例中，功率变换电路120还包括EMI滤波电路121，所述EMI滤波电路121连接在光伏电池110和升压电路122之间。EMI滤波电路121用于滤除经光伏电池110输入的共模和差模干扰，以及防雷防浪涌等保护。

在其中一个实施例中，升压电路122除用于将光伏电池的低直流电压升为高直流电压外，还进行光伏输出最大功率点跟踪(MPPT)，MPPT功能，通过MPPT算法采集光伏电流输出电压和电流，并计算功率，并控制追踪光伏电池输出的最大功率点，并通过光伏控制电路130控制光伏电池的输出功率保持在最大功率点上，提高光伏利用率。

在其中一个实施例中，光伏并网逆变系统100还包括开关控制电路(未示出)。开关控制电路与所述高频隔离变换电路123的输出端，即，向直流母线输出电压的一端，和逆变电路124的输出端，即光伏并网系统连接电网连接点向电网输送电压的一端，电连接。且开关控制电路与光伏控制电路电连接，用于控制所述光伏电池与所述电网连接端和/或所述直流母线连接端的导通或者断开。当光伏电池只向变频空调供电时，则开关控制电路控制连接直流母线端导通，向变频空调供电，控制电网连接端断开；当光伏电池只向电网供电时，则开关控制电路控制连接电网连接端的逆变电路的输出端与电网连接端连通，使光伏电池向电网供电；当光照强度较大，光伏电池向变频空调供电的同时也向电网供电时，开关控制电路控制高压隔离变换电路123输出端与直流母线连接端导通，并同时控制逆变电路124与电网连接端导通，实现光伏电池同时向变频空调及电网供电。

较佳地，上述的光伏并网逆变系统还具有电网电压检测功能，可以检测电网电压的幅值、频率和相位信息，并将这些信息传输到光伏控制电路中，控制进行电能输出的逆变电路的转换工作。

在其中一个实施例中，光伏并网逆变系统100还包括与光伏控制电路130电连接的按键控制装置140，用于手动对所述光伏并网逆变系统与变频空调系统的工作状态进行选择。可以将按键控制装置140与前述的开关控制电路连接，如此则可手动实现直接对光伏电池供电方式的控制的。作为另一种实施方式，如图1所示，也可将按键控制装置140与光伏控制电路130电连接，通过传输按键控制信号给光伏控制电路，由光伏控制电路对光伏电池的供电状态进行控制。

更加地，在其中一个实施例中，按键控制装置140中还包括显示单元(未示出)，用于显示光伏并网逆变系统的各种参数和状态信息。其中显示单元可以为一液晶显示屏。

进一步的，按键控制装置140也可以为能够实现人机交互的人机交互电路，其可实现信息的显示，手动控制以及声音提示等交互功能。

具体的，如图2所示，光伏控制电路130中包括主控制器131，以及分别与所述主控制器电连接的采样及调理电路132、保护电路133、驱动电路134和通信电路135。其中，采样及调理电路132，用于采样电压、电流、频率、相位和温度的模拟信号，并进行电平转换后输入到所述主控制器中，由主控制器对具体参数进行判断，并根据判断结果控制相关部件的运行，或者直接将参数传递给进行处理的部件。如将过电压、过电流等信息传递给保护电路等。保护电路133与功率器件电连接，对过电压，和/或过电流，和/或过热的异常情况，控制所述功率器件紧急关断。驱动电路134提供驱动电流，以控制所述功率器件及时导通与关断。通信电路135实现与空调控制电路的数据交换。接收变频空调的运行功率信息及是否运行信息等。并传输是否使用光伏电池向其供电的信息。

在其中一个实施例中，所述光伏并网逆变系统还包括电源供应电路150，用于为所述光伏并网逆变系统中的低压用电设备提供稳定的直流电源。保证低压用电设备正常运行。

本发明中的变频空调系统与常规变频空调类似，包括空调控制电路210、EMI滤波电路250、全桥整流电路260、PFC电路270、压缩机280及其驱动电路(未示出)、风机及其驱动电路(未示出)、内机通信电路290(内机、并网逆变器)、空调控制电路210等。且本发明中的变频空调的PFC电路270输出的直流母线与并网逆变电路输出的直流母线相连接；变频空调的电网连接端与逆变电路的逆变输出进行电气连接。

其中EMI滤波电路250用于滤除变频空调工作时产生的高频传导与辐射，减少对交流电网的干扰；全桥整流电路260将交流电压变为脉动的正向电压；PFC电路270将脉动的电压整形为恒定电压并将其电压升高，接入直流母线，同时PFC电路270还具有功率因数校正功能，使交流输入电压与输入电流同相；压缩机280及其驱动电路用于控制压缩机，使其正常工作，实现空调的制冷或制热运转；风机及其驱动电路用于控制风机的开停或转速，用于为空调冷凝器散热；空调控制电路210与光伏控制电路130通讯连接，实现数据交换；内机通信电路290实现与内机的通信。

较佳地，在其中一个实施例中，上述的光伏并网逆变系统还具有由光伏控制电路实现的孤岛检测功能，孤岛检测算法采样交流电网的电压，当检测到电网掉电时，及时断开逆变电路输出端与交流电网的电气连接。且在检测到电网重新得电时，控制导通逆变电路输出端与交流电网的电气连接，使光伏电池可继续向电网供电。

基于上述光伏变频空调器，还提供一种光伏变频空调器的供电控制方法，因此，该方法的实施可以通过前述空调器实现，且解决问题的原理相似，重复之处不再赘述。

其中一个实施例的光伏变频空调器的供电控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

S100，检测光伏电池的输出功率及变频空调的工作功率。此工作可有前述空调器中的光伏控制电路完成，可在所述的光伏控制电路中设置相应的检测单元完成此步骤的工作。变频空调的工作功率也可以由空调控制电路完成后传输给光伏控制电路。

S200，计算光伏电池的输出功率与变频空调的工作功率的差值。此工作同样可由前述空调器中的光伏控制电路完成，可在所述的光伏控制电路中设置相应的计算单元完成此步骤的工作。

S300，根据所述差值的大小控制所述变频空调的运行状态。所述运行状态包括光伏供电模式、混合供电模式和余电并网模式；

所述变频空调运行在所述光伏供电模式下时，由所述光伏电池单独对所述变频空调供电；所述变频空调运行在所述混合供电模式下时，由所述光伏电池和电网同时对所述变频空调供电；所述变频空调运行在所述余电并网模式时，所述光伏电池单独对所述变频空调供电的同时向所述电网供应电能。

此处需要说明的是，当光伏电池的输出功率大于变频空调的工作功率，且超出一定范围时，即光伏电池的输出功率与变频空调的工作功率的差值为正值且超出预设值。如预设值为10W，则差值大于10W时，空调工作在余电并网模式下，此时光强较强，光伏电池在满足空调自身供电的情况下，还可以有余电输送到电网中。差值大于等于0且小于等于10时，则控制空调工作在光伏供电模式下，此时光伏电池单纯能够满足变频空调自身电量需求，且变频空调无需电网供电即能正常运行。当差值小于0时，此时控制空调运行在混合供电模式下，此时光伏电池不能满足变频空调自身的用电需求，需要电网同时对变频空调供电。

如图4所示，所述运行状态还包括普通运行模式。变频空调运行在所述普通运行模式下时，由所述电网单独对所述变频空调供电，此时变频空调与普通变频空调的工作状态完全相同，光伏电池可认为是处于关闭状态的。当然，光伏电池在损坏是即为此状态。另外还有一个普通并网模式，当所述变频空调处于未运行状态时，所述光伏电池向所述电网供应电能，此时认为是普通并网模式。需要说明的是，即使空调处于运行状态也可人为的使光伏电池向电网供应电能，而空调由电网单独供电，此时光伏电池供应的电能可用于为用户的其他电器供电。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种光伏变频空调器，包括光伏并网逆变系统和变频空调系统，所述光伏并网逆变系统包括依次电连接的光伏电池、功率变换电路和对所述功率变换电路进行控制的光伏控制电路，其特征在于，所述功率变换电路包括依次电连接的升压电路、高频隔离变换电路和逆变电路；所述变频空调系统包括空调控制电路、电网连接端和直流母线连接端，其中：

所述光伏控制电路与所述空调控制电路电连接，所述逆变电路的输出端与所述电网连接端电连接，所述高频隔离变换电路的输出端与所述直流母线连接端电连接；

所述高频隔离变换电路为高频变压器；

所述升压电路用于将光伏电池输出的低压直流电转换为高压直流电，所述高频变压器用于通过初级线圈和次级线圈的电气隔离抑制所述光伏并网逆变系统的对地漏电流，所述逆变电路用于将高压直流电转换为市电交流电；

所述光伏并网逆变系统还包括开关控制电路，所述开关控制电路与所述高频隔离变换电路的输出端和所述逆变电路的输出端电连接，且所述开关控制电路与所述光伏控制电路电连接，用于控制所述光伏电池与所述电网连接端和/或所述直流母线连接端的导通或者断开；

所述光伏并网逆变系统还包括与所述光伏控制电路电连接的按键控制装置，用于传输按键控制信号给光伏控制电路，由所述光伏控制电路对光伏电池的供电状态进行控制。

2.根据权利要求1所述的光伏变频空调器，其特征在于，所述功率变换电路还包括EMI滤波电路，所述EMI滤波电路连接在所述光伏电池和所述升压电路之间。

3.根据权利要求2所述的光伏变频空调器，其特征在于，所述按键控制装置中还包括显示单元，用于显示所述光伏并网逆变系统的参数和状态信息。

4.根据权利要求1所述的光伏变频空调器，其特征在于，所述光伏控制电路包括主控制器，以及分别与所述主控制器电连接的采样及调理电路、保护电路、驱动电路和通信电路，其中：

所述采样及调理电路，用于采样电压、电流、频率、相位和温度的模拟信号，并进行电平转换后输入到所述主控制器中；

所述保护电路与功率器件电连接，对过电压，和/或过电流，和/或过热的异常情况，控制所述功率器件紧急关断；

所述驱动电路提供驱动电流，以控制所述功率器件的导通与关断；

所述通信电路实现与空调控制电路的数据交换。

5.根据权利要求1至4任一项所述的光伏变频空调器，其特征在于，所述光伏并网逆变系统还包括电源供应电路，用于为所述光伏并网逆变系统中的低压用电设备提供稳定的直流电源。

6.一种光伏变频空调器的供电控制方法，其特征在于，用于对权利要求1至5任一项所述的光伏变频空调器进行控制，所述方法包括以下步骤：

检测光伏电池的输出功率及变频空调的工作功率；

计算所述光伏电池的输出功率与所述变频空调的工作功率的差值；

根据所述差值的大小控制所述变频空调的运行状态；

所述运行状态包括光伏供电模式、混合供电模式和余电并网模式；

所述变频空调运行在所述光伏供电模式下时，由所述光伏电池单独对所述变频空调供电；所述变频空调运行在所述混合供电模式下时，由所述光伏电池和电网同时对所述变频空调供电；所述变频空调运行在所述余电并网模式时，所述光伏电池单独对所述变频空调供电的同时向所述电网供应电能。

7.根据权利要求6所述的光伏变频空调器的供电控制方法，其特征在于，所述运行状态还包括普通运行模式；

所述变频空调运行在所述普通运行模式下时，由所述电网单独对所述变频空调供电；

且，当所述变频空调处于未运行状态时，所述光伏电池向所述电网供应电能。