CN104283302A - 空调器和空调器的供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调器的供电系统，包括：市电供电装置，市电供电装置的输入端与市电电网相连，市电供电装置的输出端与空调器相连；光伏阵列和光伏供电装置，光伏供电装置的输入端与光伏阵列相连，光伏供电装置的第一输出端与空调器相连，光伏供电装置的第二输出端与市电电网相连；供电控制装置，当空调器运行时，供电控制装置根据光伏阵列的输出功率控制市电电网或光伏阵列向空调器供电，当空调器停止运行时，供电控制装置控制光伏阵列向市电电网反馈电能。该供电系统能解决相关技术中蓄电池造成的成本高、体积大、寿命短且维护复杂的问题，并充分利用光伏阵列。本发明还公开了一种空调器。

Description

空调器和空调器的供电系统

技术领域

本发明涉及电器技术领域，特别涉及一种空调器的供电系统和一种空调器。

背景技术

光伏空调是指利用光伏阵列的光生伏特效应，将光能转化为电能来给空调供电。光伏发电只能在白天进行，在晚上无法继续为空调供电。

为了解决上述问题，相关技术提出一种光伏空调，通过蓄电池存储电能以在晚上使用空调时为空调供电，但是，其存在的缺点是，蓄电池成本高、体积大、寿命短且维护复杂，在空调不使用时光伏阵列基本处于闲置状态，浪费资源。

相关技术还提出一种空调器，通过市电电网和光伏电池共同为空调供电，保证了空调无论是在白天还是晚上都能正常工作，但是，其存在的缺点依然是在空调不使用时光伏阵列基本处于闲置状态，浪费资源。

综上，相关技术存在改进的需要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种空调器的供电系统，该供电系统能解决成本高和光伏阵列利用率低的问题。

本发明的另一个目的在于提出一种空调器。

根据本发明一方面实施例提出空调器的供电系统，包括：市电供电装置，所述市电供电装置的输入端与市电电网相连，所述市电供电装置的输出端与所述空调器相连；光伏阵列和光伏供电装置，所述光伏供电装置的输入端与所述光伏阵列相连，所述光伏供电装置的第一输出端与所述空调器相连，所述光伏供电装置的第二输出端与所述市电电网相连；供电控制装置，当所述空调器运行时，所述供电控制装置根据所述光伏阵列的输出功率控制所述市电电网或所述光伏阵列向所述空调器供电，当所述空调器停止运行时，所述供电控制装置控制所述光伏阵列向所述市电电网反馈电能。

根据本发明实施例提出的空调器的供电系统，当空调器运行时，根据光伏阵列的输出功率在市电电网向空调器供电和光伏阵列向空调器供电之间切换，当空调器停止运行时，控制光伏阵列向市电电网反馈电能，从而，该供电系统能解决相关技术中蓄电池造成的成本高、体积大、寿命短且维护复杂的问题，并充分利用光伏阵列。

进一步地，根据本发明的实施例，当所述光伏阵列的输出功率大于等于预设功率阈值时，所述供电控制装置控制所述光伏阵列向所述空调器供电，如果光伏阵列输出的电能剩余，则所述供电控制装置控制所述光伏阵列将剩余的电能反馈给所述市电电网；当所述光伏阵列的输出功率小于所述预设功率阈值时，所述供电控制装置控制所述市电电网向所述空调器供电，同时控制所述光伏阵列向所述市电电网反馈电能。

根据本发明的一个实施例，所述光伏供电装置包括：光伏发电控制器，用于将所述光伏阵列输出的低压直流电转换为高压直流电，并对所述光伏阵列输出的低压直流电进行调节以使所述光伏阵列以最大功率输出；光伏并网逆变器，用于将所述高压直流电逆变为与所述市电电网的电压同频同相的交流电，并将所述交流电反馈至所述市电电网；第一隔离变压器，所述第一隔离变压器连接在所述光伏并网逆变器与所述市电电网之间。

根据本发明的一个具体实施例，所述光伏发电控制器具体包括：DC-DC变换模块，用于将所述光伏阵列输出的低压直流电转换为高压直流电；第一控制模块，用于获取所述光伏阵列输出的直流电压和直流电流，并根据所述直流电压和直流电流对所述DC-DC变换模块进行控制，以使所述光伏阵列以最大功率输出。

根据本发明的一个具体实施例，所述DC-DC变换模块具体包括：第一逆变桥，所述第一逆变桥的输入端与所述光伏阵列相连，其中，所述第一控制模块对所述第一逆变桥进行控制；第一整流桥，所述第一整流桥的输出端输出所述高压直流电；第二隔离变压器，所述第二隔离变压器的原边与所述第一逆变桥的输出端相连，所述第二隔离变压器的副边与所述第一整流桥的输入端相连。

根据本发明的一个具体实施例，所述第一控制模块具体用于将当前时刻的直流电压减去上一时刻的直流电压以获取电压变化量，将当前时刻的直流电流减去上一时刻的直流电流以获取电流变化量，当所述电流变化量为0时，如果所述电压变化量为0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流；如果所述电压变化量大于0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流加上当前时刻的步长；如果所述电压变化量小于0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流减去所述当前时刻的步长。

进一步地，根据本发明的一个具体实施例，所述第一控制模块具体用于根据所述当前时刻的直流电压和直流电流计算当前时刻的输出功率，并根据所述上一时刻的直流电压和直流电流计算上一时刻的输出功率，并将所述当前时刻的输出功率减去上一时刻的输出功率以获取功率变化量，当所述电流变化量不等于0时，如果所述功率变化量为0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流；如果所述功率变化量大于0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流加上当前时刻的步长；如果所述功率变化量小于0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流减去所述当前时刻的步长。

根据本发明的一个具体实施例，所述第一控制模块根据以下公式计算所述当前时刻的步长：

其中，INC(k)^*为所述当前时刻的步长，U_pv(k)为所述当前时刻的直流电压，dU_pv(k)为所述当前时刻的电压变化量，I_pv(k)为所述当前时刻的直流电流，dI_pv(k)为所述当前时刻的电流变化量，为预设的基准步长。

根据本发明的一个具体实施例，所述第一控制模块还用于根据所述光伏阵列输出的直流电流和直流电压计算所述光伏阵列输出的电量，并通过显示器对所述电量进行显示。

根据本发明的一个具体实施例，所述光伏发电控制器还用于根据所述低压直流电计算所述光伏阵列的输出功率，并将反馈至市电电网的输出功率输出给所述光伏并网逆变器，其中，所述光伏并网逆变器具体包括：第一电容，所述第一电容两端的电压为所述高压直流电；第二逆变桥，所述第二逆变桥与所述第一电容并联，所述第二逆变桥的第一输入端和第二输入端分别与所述第一电容的第一端和第二电容相连，所述第二逆变桥的第一输出端和第二输出端输出交流电；第二控制模块，用于获取所述高压直流电、所述反馈至市电电网的输出功率和所述市电电网电流，并根据所述高压直流电、所述反馈至市电电网的输出功率和所述市电电网电流对所述第二逆变桥进行控制，以使所述第二逆变桥输出与所述市电电网的电压同频同相的交流电。

根据本发明的一个具体实施例，所述第二控制模块具体包括：锁相环，用于获取所述市电电网的电压，并根据所述市电电网的电压获取频率相位信号；控制单元，用于根据高压直流电和所述反馈至市电电网的输出功率获取直流参考电流，并将所述直流参考电流与所述频率相位信号相乘以获得交流参考电流，之后，将所述交流参考电流减去所述市电电网的电流以获取所述偏差，并根据所述偏差生成所述正弦脉宽调制SPWM控制信号。

根据本发明的一个实施例，所述光伏供电装置还包括：防雷汇流箱，所述防雷汇流箱连接在所述光伏阵列和所述光伏发电控制器之间，用于将光伏阵列输出的多路直流电汇集为一路。

根据本发明的一个实施例，所述光伏供电装置还包括：滤波器，所述滤波器连接在所述光伏并网逆变器和所述第一隔离变压器之间。

根据本发明的一个实施例，所述光伏供电装置还包括：电表，所述电表连接在所述第一隔离变压器与所述市电电网之间，所述电表用于记录和显示所述光伏阵列向所述市电电网反馈的电能。

根据本发明的一个实施例，所述市电供电装置可包括整流桥。

本发明另一方面实施例提出了一种空调器，包括：所述的空调器的供电系统。

根据本发明实施例提出的空调器，通过上述的供电系统能解决相关技术中蓄电池造成的成本高、体积大、寿命短且维护复杂的问题，并充分利用光伏阵列。

附图说明

图1是根据本发明实施例的空调器的供电系统的方框示意图；

图2是根据本发明实施例的空调器的供电系统的供电切换控制方法的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的空调器的供电系统的方框示意图；

图4是根据本发明一个具体实施例的空调器的供电系统中光伏发电控制器的方框示意图；

图5是根据本发明一个具体实施例的空调器的供电系统中光伏发电控制器和光伏并网逆变器的控制原理示意图；

图6是根据本发明一个具体实施例的空调器的供电系统中MPPT控制方法的原理图；

图7是根据本发明一个具体实施例的空调器的供电系统中MPPT控制方法的流程图；以及

图8是根据本发明一个具体实施例的空调器的供电系统中光伏并网逆变器的方框示意图.

附图标记：

市电供电装置1、光伏阵列2、光伏供电装置3、供电控制装置4、市电电网5、空调器6、光伏发电控制器30、光伏并网逆变器31、第一隔离变压器32、防雷汇流箱33、多个光伏电池单元200、滤波器34、电表35、DC-DC变换模块301、第一控制模块302、第一逆变桥3011、第一整流桥3012、第二隔离变压器3013、显示器100、第一至第四开关管Q1-Q4、第一至第四二极管D1-D4、第一电容C1、第二逆变桥311、第二控制模块312、第五至第八开关管Q5-Q8、锁相环3121和控制单元3122。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的空调器的供电系统和空调器。

图1是根据本发明实施例的空调器的供电系统的方框示意图。如图1所示，该空调器的供电系统包括：市电供电装置1、光伏阵列2、光伏供电装置3和供电控制装置4。

其中，市电供电装置1的输入端与市电电网5相连，市电供电装置1的输出端与空调器6相连；光伏阵列2可安装在室外和/或屋顶；光伏供电装置3的输入端与光伏阵列2相连，光伏供电装置3的第一输出端与空调器6相连，光伏供电装置3的第二输出端与市电电网5相连；当空调器6运行时，供电控制装置4根据光伏阵列2的输出功率控制市电电网5或光伏阵列2向空调器6供电，当空调器6停止运行时，供电控制装置4控制光伏阵列2向市电电网5反馈电能。

具体而言，光伏阵列2用于将太阳能转化为直流电能，以为空调器6提供能量。光伏供电装置3既可以将光伏阵列2输出的直流电提供给空调器6，也将直流电逆变为交流电后向市电电网5发电。换言之，市电电网5既可以作为受体，接收光伏阵列2输出的剩余电量，也可以作为供体，提供电能给空调器6使用。

由此，对于本发明实施例的供电系统，在光照充足时，空调器6可以利用光伏阵列2输出的电能开机运转，在光照强度不够或者在夜晚时，光伏阵列2输出的电能不足以维持其正常工作，切换到市电供电，由市电电网5为空调器6供电。另外，光伏阵列2输出的直流电既可以通过一些处理例如升压变换后提供给空调器6，也可以通过逆变将直流电转换为交流电后向市电电网5发电，从而保证了空调器在任何时候都能正常开机运行，相比于相关技术中增加蓄电池和/或不能发电的方案，该供电系统无需增加成本较高的蓄电池，且不受蓄电池容量的限制而降低功率等级，并有效地提高了光伏阵列的利用率，可以让光伏阵列全年都处于发电状态，给用户带来更多的经济效益。

根据本发明的一个实施例，市电供电装置1可包括整流桥，用于将市电电网5提供的交流电整流为直流电，供空调器6使用，以保证空调器在夜间和光照不良的时候也能正常工作。

其中，空调器6可为直流变频空调，直流变频空调作为该空调器的供电系统的受电主体，可以接收来自市电电网5或者光伏阵列2传输过来的电能，兼容性较强，并且采用变频控制更加的节能环保。

进一步地，根据本发明的一个实施例，当光伏阵列2的输出功率大于预设功率阈值时，供电控制装置4控制光伏阵列2向空调器6供电，如果光伏阵列2输出的电能剩余，则供电控制装置4控制光伏阵列2将剩余的电能反馈给市电电网5；当光伏阵列2的输出功率小于等于预设功率阈值时，供电控制装置4控制市电电网5向空调器6供电，同时控制光伏阵列2向市电电网5反馈电能。其中，需要说明的是，光伏供电装置3可根据光伏阵列2输出的直流电压和直流电流计算输出功率。

具体而言，本发明实施例的供电系统首先是工作在并网发电的常态，即空调器6停止运行时，供电控制装置4控制光伏阵列2向市电电网5发电。然后，供电控制装置4检测空调器的开机信号，当检测到开机信号时，供电控制装置4从光伏供电装置3获取光伏阵列的输出功率P_pv，并判断光伏阵列的输出功率P_pv是否小于预设功率阈值，其中，预设功率阈值为空调正常运行所需的最小功率。如果是，则向用户提示光伏阵列的输出功率不足，并切换到由市电电网5为空调器6供电，而光伏阵列2通过光伏供电装置3继续向市电电网5进行并网发电；如果否，则进一步判断光伏阵列输出的电能是否有剩余电能，即输出功率P_pv减去空调器运行所需的功率P_air是否大于0，如果是，则由光伏阵列2为空调器6供电，同时将剩余电能通过光伏供电装置3输送给市电电网5，如果否，则光伏阵列2只为空调器6供电。然后，供电控制装置4开始检测空调器的关机信号，当检测到关机信号时，空调器的供电系统进行并网发电，即供电控制装置4控制光伏阵列2进行向市电电网5发电。

具体地，如图2所示，本发明实施例中空调器的供电系统的供电切换具体包括以下步骤：

S101：判断是否接收到空调器的开机信号。如果是，则执行步骤S102；如果否，则执行步骤S107。

S102：判断光伏阵列的输出功率P_pv是否大于预设功率阈值。如果是，则执行步骤S103；如果否，则执行步骤S106。

S103：判断输出功率P_pv减去空调器运行所需的功率P_air是否大于0。如果是，则执行步骤S104和S107；如果否，则仅执行步骤S104。

S104：由光伏阵列为空调器供电。

S105：判断是否接收到空调器的关机信号。如果是，则执行步骤S107；如果否，则返回步骤S103。

S106：向用户提示光伏阵列的输出功率不足，并切换到由市电电网为空调器供电。

S107：同时，光伏阵列继续向市电电网进行并网发电。

由此，让光伏阵列全年都处于发电状态，有效地提高了光伏阵列的利用率，并可以给用户带来更多的经济效益。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，光伏供电装置3包括：光伏发电控制器30、光伏并网逆变器31和第一隔离变压器32。

其中，光伏发电控制器30输入端与光伏阵列2相连，光伏发电控制器30输出端与空调器6相连，光伏发电控制器30用于将光伏阵列2输出的低压直流电转换为高压直流电，并对光伏阵列2输出的低压直流电进行调节以使光伏阵列2以最大功率输出；光伏并网逆变器31与光伏发电控制器30的输出端相连，光伏并网逆变器31用于将高压直流电逆变为与市电电网5的电压同频同相的交流电，并将交流电反馈至市电电网5；第一隔离变压器32连接在光伏并网逆变器31与市电电网6之间。

另外，如图3所示，市电供电装置1中整流桥的输出直流母线与光伏发电控制器30和光伏并网逆变器31之间的直流母线相连，空调器6连接在整流桥的输出直流母线上。

其中，需要说明的是，光伏发电控制器30在获取光伏阵列2输出的低压直流电之后，可对光伏阵列2输出的直流电流进行调节以实现最大功率点跟踪控制，即保证光伏阵列2以最大功率输出，光伏发电控制器30还对低压直流电进行升压变换，转换为高压直流电。

并且，第一隔离变压器32可将空调器的供电系统与市电电网5隔离，从而保护空调器的供电系统免受来之市电电网侧的干扰或冲击，提高供电系统的安全性能。

根据本发明的一个具体实施例，如图4所示，光伏发电控制器30具体包括：DC-DC变换模块301和第一控制模块302。其中，DC-DC变换模块301用于将光伏阵列2输出的低压直流电U_pv转换为高压直流电U_dc；第一控制模块302用于获取光伏阵列2输出的直流电压Upv和直流电流Ipv，并根据直流电压Upv和直流电流Ipv对DC-DC变换模块301进行控制，以使光伏阵列2以最大功率输出。

具体而言，第一控制模块302可输出PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制信号至DC-DC变换模块301，以对DC-DC变换模块301进行控制，例如，第一控制模块302在获取光伏阵列2输出的直流电压和直流电流之后，可根据直流电压和直流电流调节PWM控制信号的占空比，从而通过调节PWM控制信号的占空比实现光伏阵列2输出的功率最大化。

根据本发明的一个具体实施例，如图4所示，DC-DC变换模块301具体包括：第一逆变桥3011、第一整流桥3012和第二隔离变压器3013。

其中，第一逆变桥3011的输入端与光伏阵列2相连，其中，第一控制模块302对第一逆变桥3011进行控制；第一整流桥3012的输出端输出高压直流电；第二隔离变压器3013的原边与第一逆变桥3011的输出端相连，第二隔离变压器3013的副边与第一整流桥3012的输入端相连。

具体地，第一逆变桥3011可包括第一至第四开关管Q1-Q4，第一开关管Q1和第二开关管Q2串联，即第一开关管Q1的发射极可与第二开关管Q2的集电极相连；第三开关管Q3和第四开关管Q4串联，即第一开关管Q1的发射极可与第二开关管Q2的集电极相连；且串联的第一开关管Q1和第二开关管Q2与串联的第三开关管Q3和第四开关管Q4并联，即，第一开关管Q1的集电极可与第三开关管Q3的集电极相连，第二开关管Q2的发射极可与第四开关管Q4的发射极相连；第一至第四开关管Q1-Q4的栅极均与第一控制模块302相连，以接收第一控制模块302输出的PWM控制信号，另外，每个开关管均并联有一个二极管，即四个二极管的阴极分别与第一至第四开关管Q1-Q4的集电极对应相连，四个二极管的阳极分别与第一至第四开关管Q1-Q4的发射极对应相连。其中，第一开关管Q1与第二开关管Q2之间的节点和第三开关管Q3与第四开关管Q4之间的节点作为第一逆变桥3011的输出端，第一开关管Q1与第三开关管Q3之间的节点和第二开关管Q2与第四开关管Q4之间的节点作为第一逆变桥3011的输入端。

另外，需要说明的是，Q1和Q2或者Q3和Q4不能同时导通，Q1、Q4由一路PWM控制信号控制，Q2和Q3可由另一路PWM控制信号控制。第一至第四开关管Q1-Q4可均为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)管。

第一整流桥3012可包括第一至第四二极管D1-D4。其中，第一二极管D1的阳极与第三二极管D3的阴极相连，第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阴极相连，第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极相连，第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阳极相连。其中，第一二极管D1与第三二极管D3之间的节点，第二二极管D2与第四二极管D4之间的节点作为第一整流桥3012的输入端，第一二极管D1与第二二极管D2之间的节点和第三二极管D3与第四二极管D4之间的节点作为第一整流桥3012的输出端。

根据本发明的一个具体示例，第二隔离变压器3013的原边与副边的匝数比可为1：n。由此，该DC-DC变换模块301的电压传输比为：U_dc＝n*D*U_pv，其中，U_dc为高压直流电，n为，第二隔离变压器3013的副边与原边的匝数比，D为第一控制模块302的PWM控制信号的占空比(例如，0<D<0.5)，U_pv为低压直流电即光伏阵列2输出的直流电压。由于，变压器的匝数比可变范围很大，因此该DC-DC变换模块301的升压范围也很大，可满足宽电压输入范围的要求，并且由于变压器的原边与副边是隔离的，所以该DC-DC变换模块301还具有很好的保护作用，能够进一步防止光伏阵列受到雷击时对供电系统造成的冲击。

根据上述实施例可知，第一控制模块302主要用于实现MPPT(Maximum Power PointTracking，最大功率点跟踪)控制，其可包括MCU(Micro Control Unit,微控制器)芯片、采集光伏阵列输出的直流电压Upv和直流电流Ipv的A/D采样电路、PWM波生成电路等，其中，PWM波生成电路可输出两路PWM控制信号即PWM1和PWM2，如图4所示，PWM1控制信号输出至第一开关管Q1和第四开关管Q4，PWM2控制信号输出至第二开关管Q2和第三开关管Q3。

具体而言，如图5所示，第一控制模块302可获取光伏阵列输出的直流电压U_pv和直流电流I_pv，直流电压U_pv和直流电流I_pv经过MPPT控制方法处理之后得到下一时刻的直流电流，即光伏阵列的输出参考电流I_pvref，然后，光伏阵列的输出参考电流I_pvref减去当前时刻的直流电流I_pv的偏差经过PI控制方法处理之后生成PWM控制信号，即PWM控制信号的占空比，以驱动DC-DC变换模块301中开关管导通与关断。

下面参照图6和图7对上述MPPT控制进行详细描述。

根据本发明的一个具体实施例，第一控制模块302具体用于将当前时刻的直流电压减去上一时刻的直流电压以获取电压变化量，将当前时刻的直流电流减去上一时刻的直流电流以获取电流变化量，当电流变化量为0时，如果电压变化量为0，则下一时刻的直流电流等于当前时刻的直流电流；如果电压变化量大于0，则下一时刻的直流电流等于当前时刻的直流电流加上当前时刻的步长；如果电压变化量小于0，则下一时刻的直流电流等于当前时刻的直流电流减去当前时刻的步长。

进一步地，根据本发明的一个具体实施例，第一控制模块302具体用于根据当前时刻的直流电压和直流电流计算当前时刻的输出功率，并根据上一时刻的直流电压和直流电流计算上一时刻的输出功率，并将当前时刻的输出功率减去上一时刻的输出功率以获取功率变化量，当电流变化量不等于0时，如果功率变化量为0，则下一时刻的直流电流等于当前时刻的直流电流；如果功率变化量大于0，则下一时刻的直流电流等于当前时刻的直流电流加上当前时刻的步长；如果功率变化量小于0，则下一时刻的直流电流等于当前时刻的直流电流减去当前时刻的步长。

具体地，第一控制模块302可根据以下公式计算当前时刻的步长：

其中，INC(k)^*为当前时刻的步长，U_pv(k)为当前时刻的直流电压，dU_pv(k)为当前时刻的电压变化量，I_pv(k)为当前时刻的直流电流，dI_pv(k)为当前时刻的电流变化量，为预设的基准步长。

其中，需要说明的是，本发明实施例中的MPPT控制算法是采用自适应变步长的电导增量算法。如图6所示，光伏阵列的输出功率-电流曲线类似一条抛物线，存在着一个峰值点Pm，对应的输出的直流电流为Im，MPPT控制算法的目的就是找到光伏阵列的最大工作点Im，使得光伏阵列的输出功率达到最大功率值Pm，其中，光伏阵列的工作点可以其输出的直流电流表示。假如光伏阵列在当前时刻k的工作点是b点，在上一时刻k-1的工作点是a点，那么当前时刻k的电流变化量dI_pv为：dI_pv＝I_pv(k)-I_pv(k-1)，其中，I_pv(k)为当前时刻输出的直流电流、I_pv(k-1)为上一时刻输出的直流电流，对应的电压变化量dU_pv为：dU_pv＝U_pv(k)-U_pv(k-1)，功率的变化量为：dP_pv＝P_pv(k)-P_pv(k-1),其中，U_pv(k)为当前时刻输出的直流电压、U_pv(k-1)为上一时刻输出的直流电压、P_pv(k)为当前时刻输出功率、P_pv(k-1)为上一时刻输出功率。那么，光伏阵列的输出功率-电流曲线的斜率(即电导β)可以表示为：β＝U_pv+I_pv(dU_pv/dI_pv)，也可以表示为：β＝dP_pv/dI_pv。

结合上述关于电导β的公式可得：dP_pv＝U_pv·dI_pv+I_pv·dU_pv，其中，dP_pv不仅包含了输出功率变化的大小，还包含了输出功率变化的方向，而且dP_pv的绝对值的大小跟工作点的位置有关：如图5所示，当前工作点距离最大工作点Im越远，dP_pv的绝对值越大；当前工作点越靠近最工作点Im，dP_pv的绝对值越小。因此，只要以dP_pv作为步长的变化系数，就能实现自适应变步长的MPPT控制，那么k时刻的步长可根据以下公式获得：

其中，INC(k)^*为k时刻的步长，是预设的基准步长。

根据本发明的一个具体实施例，如图7所示，第一控制模块302所采用的MPPT控制方法具体包括以下步骤：

S201：获取当前时刻k的光伏阵列输出的直流电压U_pv(k)和直流电流I_pv(k)，并分别与上一时刻k-1的直流电压U_pv(k-1)和直流电流I_pv(k)相减，计算得到电压变化量dU_pv(k)和电流变化量dI_pv(k)。

S202：判断当前时刻k的直流电流I_pv(k)与上一时刻k-1的直流电流I_pv(k-1)是否相等，即dI_pv(k)是否为0。

如果是，则执行步骤S203；如果否，则执行步骤S207。

S203：判断当前时刻k的直流电压U_pv(k)与上一时刻k-1的直流压U_pv(k-1)是否相等，即dU_pv(k)是否为0。

如果是，则返回步骤S201，不改变光伏阵列的工作点，将当前时刻k的直流电流I_pv(k)作为下一时刻k+1的直流电流I_pv(k+1)；如果否，则执行步骤S204。

S204：判断电压变化量是否大于0。

如果是，则执行步骤S205；如果否，则执行步骤S206。

S205：光伏阵列的输出功率需要变大，增加一个步长INC(k)^*，下一时刻k+1的直流电流为I_pv(k+1)＝I_pv(k)+INC(k)^*。

S206：光伏阵列的输出功率需要变小，减小一个步长INC(k)^*，下一时刻k+1的直流电流为I_pv(k+1)＝I_pv(k)-INC(k)^*。

S207：判断电导β是否等于0。

如果是，则返回步骤S201，不改变光伏阵列的工作点，将当前时刻k的直流电流I_pv(k)作为下一时刻k+1的直流电流I_pv(k+1)；如果否，则执行步骤S208。

S208：判断电导β是否大于0。

如果是，则执行步骤S209；如果否，则执行步骤S210。

S209：当前工作点处于最大工作点的左边，需要继续往右移动当前工作点，增加一个步长INC(k)^*，下一时刻k+1的直流电流为I_pv(k+1)＝I_pv(k)+INC(k)^*。

S210：当前工作点处于最大工作点的右边，需要继续往左移动当前工作点，减小一个步长INC(k)^*，下一时刻k+1的直流电流为I_pv(k+1)＝I_pv(k)-INC(k)^*。

由此，本发明实施例采用的自适应变步长的MPPT控制，其步长改变是一个连续的平稳变化过程，有效地解决了相关技术中采用定步长扰动观测法步长难以选择、跟踪速度和跟踪进度矛盾的问题。

另外，根据本发明的一个具体实施例，如图4所示，第一控制模块302还可用于根据光伏阵列2输出的直流电流和直流电压计算光伏阵列2输出的电量，并通过显示器100对电量进行显示。

即言，第一控制模块302还与显示器100相连，并将计算出的电量发送至显示屏100，以通过显示器100对电量进行显示。其中，显示器100可为LCD显示屏。

根据本发明的一个具体实施例，光伏发电控制器30还用于根据低压直流电计算光伏阵列2的输出功率，并将反馈至市电电网的输出功率输出给光伏并网逆变器31。其中，如图8所示，光伏并网逆变器31具体包括：第一电容C1、第二逆变桥311和第二控制模块312。

其中，第一电容C1两端的电压为高压直流电；第二逆变桥311与第一电容C1并联，第二逆变桥311的第一输入端和第二输入端分别与第一电容C1的第一端和第二电容相连，第二逆变桥311的第一输出端和第二输出端输出交流电；第二控制模块312用于获取高压直流电、反馈至市电电网的输出功率和市电电网电流，并根据高压直流电、反馈至市电电网的输出功率和市电电网电流对第二逆变桥311进行控制，以使第二逆变桥311输出与市电电网5的电压同频同相的交流电。

具体地，第二逆变桥311可包括第五至第八开关管Q5-Q8，第五开关管Q5和第六开关管Q6串联，即第五开关管Q5的发射极可与第六开关管Q6的集电极相连；第七开关管Q7和第八开关管Q8串联，即第五开关管Q5的发射极可与第六开关管Q6的集电极相连；且串联的第五开关管Q5和第六开关管Q6与串联的第七开关管Q7和第八开关管Q8并联，即，第五开关管Q5的集电极可与第七开关管Q7的集电极相连，第六开关管Q6的发射极可与第八开关管Q8的发射极相连；第五至第八开关管Q5-Q8的栅极均与第二控制模块312相连，以接收第二控制模块312输出的SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制)控制信号，另外，每个开关管均并联一个二极管，即四个二极管的阴极分别与第五至第八开关管Q5-Q8的集电极对应相连，四个二极管的阳极分别与第五至第八开关管Q5-Q8的发射极对应相连。其中，第五开关管Q5与第六开关管Q6之间的节点和第七开关管Q7与第八开关管Q8之间的节点作为第二逆变桥311的输出端，第五开关管Q5与第七开关管Q7之间的节点和第六开关管Q6与第八开关管Q8之间的节点作为第二逆变桥311的输入端。

其中，需要说明的是，Q5、Q8可由一路PWM控制信号控制，Q6和Q7可由另一路PWM控制信号控制，由此，通过对第五至第八开关管Q5-Q8的通断进行控制，从而可以把光伏阵列2输出的直流电转换为交流电。具体地，第五至第八开关管Q5-Q8可均为IGBT或MOSFET管。

在第二逆变桥311的输入端还并联有第一电容C1，第一电容C1连接在直流母线上，第一电容C1用于储能平波，减小母线电压的纹波，第一电容C1两端的电压为直流母线的电压，即直流母线电压为DC-DC变换模块301输出的高压直流电Udc。

根据上述实施例可知，第二控制模块312主要用于实现电流并网逆变控制，其可包括DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)芯片、SPWM波生成电路等，其中，SPWM波生成电路可输出两路SPWM控制信号即SPWM1和SPWM2，如图8所示，SPWM1控制信号输出至第五开关管Q5和第八开关管Q8，SPWM2控制信号输出至第六开关管Q6和第七开关管Q7。

根据本发明的一个具体实施例，如图8所示，第二控制模块312具体包括：锁相环3121和控制单元3122。

其中，锁相环3121用于获取市电电网的电压u_g，并根据市电电网的电压u_g获取频率相位信号sin(wt+θ)；控制单元3122用于根据高压直流电U_dc和反馈至市电电网的输出功率获取直流参考电流I_ref，并将直流参考电流I_ref与频率相位信号sin(wt+θ)相乘以获得交流参考电流i_ref，之后，将交流参考电流i_ref减去市电电网的电流i_g以获取偏差，并根据偏差生成正弦脉宽调制SPWM控制信号。

当光伏阵列2仅向市电电网反馈电能而不为空调器6供电时，反馈至市电电网的输出功率为光伏阵列2的输出功率P_pv；当光伏阵列2既向市电电网反馈电能同时还为空调器6供电时，反馈至市电电网的输出功率为输出功率P_pv减去空调器运行所需的功率P_air。

具体而言，如图5所示，以反馈至市电电网的输出功率为光伏阵列2的输出功率P_pv为例，锁相环3121获取市电电网的电压u_g之后，根据市电电网的电压u_g获取频率相位信号，第一控制模块302获取光伏阵列2输出的直流电压U_pv和直流电流I_pv，并将直流电压U_pv和直流电流I_pv经过MPPT控制后可得到输出功率P_pv，并将输出功率P_pv输出给控制单元3122，控制单元3122结合直流母线上的电压信号U_dc，经过解耦控制方法处理可以得到直流参考电流I_ref，该直流参考电流I_ref再与锁相环3121输出过来的市电电网5的频率相位信号相乘，可以得到交流参考电流i_ref，然后该交流参考电流i_ref与市电电网5的电流i_g相减得到偏差信号，该偏差再经过准比例谐振-谐波补偿混合控制方法处理之后，生成SPWM控制信号，以驱动第二逆变桥311中开关管的通断。

当然，当光伏阵列2既向市电电网反馈电能同时还为空调器6供电时，第一控制模块302输出给第二控制模块312的输出功率为P_pv-P_air。

由此，在本发明实施例中，第二控制模块312采用电压电流双环控制(即直流母线上的电压信号U_dc和市电电网5的电流i_g)，可以使得第二逆变桥311输出的交流电与市电电网的交流电同频同相，并且，由于正弦波功率输出可以造成直流母线上出现两倍工频纹波，第二控制模块312还具有电流谐波补偿的作用，可通过解耦控制方法可以抑制该两倍工频纹波对光伏并网逆变器31输出电流谐波的影响，从而，使得光伏并网逆变器3输出电流满足并网的要求。进一步地，在电流控制环中采用的准比例谐振-谐波补偿混合控制方法，该方法利用内模的原理，可以很好地实现光伏并网逆变器31对电流参考信号的跟踪控制和进一步有效抑制电流谐波，从而有效减小光伏并网逆变器输出的电流谐波，使得光伏并网逆变器输出的电流，满足国家电网对分布式发电系统并网电流THD(total harmonic distortion，总谐波失真)的要求(例如THD<5％)。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，光伏供电装置3还包括：防雷汇流箱33。其中，防雷汇流箱33连接在光伏阵列2和光伏发电控制器30之间，用于将光伏阵列2输出的多路直流电汇集为一路。

具体而言，防雷汇流箱33可包括：防雷断路器和汇流接线排。其中，防雷断路器在空调器的供电系统遭受雷击时断开，从而，保护空调器的供电系统免受雷击损坏，并记录下防雷断路器保护的次数即断开的次数。

其中，需要说明的是，光伏阵列2可包括多个光伏电池单元200，每个光伏电池单元输出一路直流电至防雷汇流箱33，防雷汇流箱33将多个光伏电池单元200串并联后输出的多路直流电汇集为一路，从而，保护空调器的供电系统免受雷击损坏，提高供电系统的安全性。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，光伏供电装置3还包括：滤波器34。其中，滤波器34连接在光伏并网逆变器31和第一隔离变压器32之间。

也就是说，滤波器34连接在光伏并网逆变器31的输出端，用于滤除从光伏并网逆变器31输出的高次谐波。

具体而言，滤波器34可为LC滤波器，属于无源滤波器。在本发明一个具体示例中，LC滤波器中电感L可根据以下公式选取：

L≥(U_dcU_oη)/(0.3P_of_c)

其中，U_dc为直流母线电压即DC-DC变换模块301输出的高压直流电压，U_o为光伏并网逆变器31的输出电压，η为供电系统的效率，P_o为光伏并网逆变器31的输出功率，f_c为光伏并网逆变器31的载波频率。

LC滤波器中电容C可根据电感L与电容C的谐振的频率确定，具体可根据以下公式确定：

$f_s=1/\left(2\mathrm{\&pi;}\sqrt{\mathrm{LC}}\right),$

其中，f_s为市电电网5的基波频率的15倍，L为电感的电感值，C为电容的电容值。

另外，在本发明的其他实施例中，还可在LC无缘滤波器上叠加有源滤波器，从而进一步减小光伏并网逆变器输出的电流谐波。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，光伏供电装置3还包括：电表35。其中，电表35连接在第一隔离变压器32与市电电网5之间，电表35用于记录和显示光伏阵列2向市电电网5反馈的电能。

从而，向用户简单直观的显示向市电电网反馈电能的情况，并且可作为领取分布式光伏发电补贴和向电网卖电的依据。

综上，根据本发明实施例提出的空调器的供电系统，当空调器运行时，根据光伏阵列的输出功率在市电电网向空调器供电和光伏阵列向空调器供电之间切换，当空调器停止运行时，控制光伏阵列向市电电网反馈电能，从而，该供电系统无需增加成本较高的蓄电池，且不受蓄电池容量的限制而降低功率等级，并有效地提高了光伏阵列的利用率，可以让光伏阵列全年都处于发电状态，给用户带来更多的经济效益。并且，对供电系统进行了多级电气隔离保护，提高了系统的安全性能。

本发明还提出了一种空调器，包括上述的空调器的供电系统。

根据本发明实施例提出的空调器，通过上述的供电系统能解决相关技术中蓄电池造成的成本高、体积大、寿命短且维护复杂的问题，有效地提高了光伏阵列的利用率，可以让光伏阵列全年都处于发电状态，使得空调器从原先的纯耗电设备，变为还能发电、给用户带来经济效益的微型电站设备。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (16)

1.一种空调器的供电系统，其特征在于，包括：

市电供电装置，所述市电供电装置的输入端与市电电网相连，所述市电供电装置的输出端与所述空调器相连；

光伏阵列和光伏供电装置，所述光伏供电装置的输入端与所述光伏阵列相连，所述光伏供电装置的第一输出端与所述空调器相连，所述光伏供电装置的第二输出端与所述市电电网相连；以及

供电控制装置，当所述空调器运行时，所述供电控制装置根据所述光伏阵列的输出功率控制所述市电电网或所述光伏阵列向所述空调器供电，当所述空调器停止运行时，所述供电控制装置控制所述光伏阵列向所述市电电网反馈电能。

2.如权利要求1所述的空调器的供电系统，其特征在于，

当所述光伏阵列的输出功率大于等于预设功率阈值时，所述供电控制装置控制所述光伏阵列向所述空调器供电，如果光伏阵列输出的电能剩余，则所述供电控制装置控制所述光伏阵列将剩余的电能反馈给所述市电电网；以及

当所述光伏阵列的输出功率小于所述预设功率阈值时，所述供电控制装置控制所述市电电网向所述空调器供电，同时控制所述光伏阵列向所述市电电网反馈电能。

3.如权利要求1所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述光伏供电装置包括：

光伏发电控制器，用于将所述光伏阵列输出的低压直流电转换为高压直流电，并对所述光伏阵列输出的低压直流电进行调节以使所述光伏阵列以最大功率输出；

光伏并网逆变器，用于将所述高压直流电逆变为与所述市电电网的电压同频同相的交流电，并将所述交流电反馈至所述市电电网；以及

第一隔离变压器，所述第一隔离变压器连接在所述光伏并网逆变器与所述市电电网之间。

4.如权利要求3所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述光伏发电控制器具体包括：

DC-DC变换模块，用于将所述光伏阵列输出的低压直流电转换为高压直流电；以及

第一控制模块，用于获取所述光伏阵列输出的直流电压和直流电流，并根据所述直流电压和直流电流对所述DC-DC变换模块进行控制，以使所述光伏阵列以最大功率输出。

5.如权利要求4所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述DC-DC变换模块具体包括：

第一逆变桥，所述第一逆变桥的输入端与所述光伏阵列相连，其中，所述第一控制模块对所述第一逆变桥进行控制；

第一整流桥，所述第一整流桥的输出端输出所述高压直流电；以及

第二隔离变压器，所述第二隔离变压器的原边与所述第一逆变桥的输出端相连，所述第二隔离变压器的副边与所述第一整流桥的输入端相连。

6.如权利要求4所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述第一控制模块具体用于将当前时刻的直流电压减去上一时刻的直流电压以获取电压变化量，将当前时刻的直流电流减去上一时刻的直流电流以获取电流变化量，当所述电流变化量为0时，

如果所述电压变化量为0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流；

如果所述电压变化量大于0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流加上当前时刻的步长；

如果所述电压变化量小于0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流减去所述当前时刻的步长。

7.如权利要求6所述的空调器的供电系统，其特征在于，所示第一控制模块具体用于根据所述当前时刻的直流电压和直流电流计算当前时刻的输出功率，并根据所述上一时刻的直流电压和直流电流计算上一时刻的输出功率，并将所述当前时刻的输出功率减去上一时刻的输出功率以获取功率变化量，当所述电流变化量不等于0时，

如果所述功率变化量为0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流；

如果所述功率变化量大于0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流加上当前时刻的步长；

如果所述功率变化量小于0，则所述下一时刻的直流电流等于所述当前时刻的直流电流减去所述当前时刻的步长。

8.如权利要求6或7所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述第一控制模块根据以下公式计算所述当前时刻的步长：

其中，INC(k)^*为所述当前时刻的步长，U_pv(k)为所述当前时刻的直流电压，dU_pv(k)为所述当前时刻的电压变化量，I_pv(k)为所述当前时刻的直流电流，dI_pv(k)为所述当前时刻的电流变化量，为预设的基准步长。

9.如权利要求4所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述第一控制模块还用于根据所述光伏阵列输出的直流电流和直流电压计算所述光伏阵列输出的电量，并通过显示器对所述电量进行显示。

10.如权利要求3所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述光伏发电控制器还用于根据所述低压直流电计算所述光伏阵列的输出功率，并将反馈至市电电网的输出功率输出给所述光伏并网逆变器，其中，所述光伏并网逆变器具体包括：

第一电容，所述第一电容两端的电压为所述高压直流电；

第二逆变桥，所述第二逆变桥与所述第一电容并联，所述第二逆变桥的第一输入端和第二输入端分别与所述第一电容的第一端和第二电容相连，所述第二逆变桥的第一输出端和第二输出端输出交流电；以及

第二控制模块，用于获取所述高压直流电、所述反馈至市电电网的输出功率和所述市电电网电流，并根据所述高压直流电、所述反馈至市电电网的输出功率和所述市电电网电流对所述第二逆变桥进行控制，以使所述第二逆变桥输出与所述市电电网的电压同频同相的交流电。

11.如权利要求10所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述第二控制模块具体包括：

锁相环，用于获取所述市电电网的电压，并根据所述市电电网的电压获取频率相位信号；

控制单元，用于根据高压直流电和所述反馈至市电电网的输出功率获取直流参考电流，并将所述直流参考电流与所述频率相位信号相乘以获得交流参考电流，之后，将所述交流参考电流减去所述市电电网的电流以获取所述偏差，并根据所述偏差生成所述正弦脉宽调制SPWM控制信号。

12.如权利要求3所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述光伏供电装置还包括：

防雷汇流箱，所述防雷汇流箱连接在所述光伏阵列和所述光伏发电控制器之间，用于将光伏阵列输出的多路直流电汇集为一路。

13.如权利要求3所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述光伏供电装置还包括：

滤波器，所述滤波器连接在所述光伏并网逆变器和所述第一隔离变压器之间。

14.如权利要求3所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述光伏供电装置还包括：

电表，所述电表连接在所述第一隔离变压器与所述市电电网之间，所述电表用于记录和显示所述光伏阵列向所述市电电网反馈的电能。

15.如权利要求1所述的空调器的供电系统，其特征在于，所述市电供电装置包括整流桥。

16.一种空调器，其特征在于，包括：

如权利要求1-15所述的空调器的供电系统。