CN104348185B - 一种太阳能电池并网发电系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池并网领域，提供了一种太阳能电池并网发电系统和方法。在本发明中，通过电压采样模块分别对太阳能电池的输出电压、三相电网的线电压和相电压进行采样，然后通过控制模块比较所述输出电压与所述线电压和所述相电压的大小关系，根据它们的大小关系控制逆变器模块和继电器开关组的工作状态，使太阳能电池输出的直流电进行三相或单相逆变后并入电网，本发明根据太阳能电池的输出电压选择不同的逆变方式进行逆变后并入电网，精简了电路结构，同时减少了线路损耗，解决了现有太阳能电池并网系统结构复杂、控制难度大且效率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池并网领域，尤其涉及一种太阳能电池并网发电系统和方法。
背景技术
太阳能电池并网发电系统中，由于太阳能电池面板受光照，温度等的影响会产生不固定的最大功率点，这个不固定的最大功率点又对应不固定的最大功率点电压，所以在太阳能电池并网发电系统中的一般需要采用能够处理电压范围较为宽广的逆变器才能满足要求。
而要处理宽范围的电压输入，传统的逆变器一般由两级或者多级组成，一级升压电路，一级逆变电路，当输入电压较低的时候，升压电路将输入电压升高到特定的电压，然后再由逆变电路逆变，这种结构存在级数多，控制复杂，效率低等缺点。
发明内容
本发明提供了一种太阳能电池并网发电系统，旨在解决现有太阳能电池并网发电系统结构复杂、控制负责、效率低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：一种太阳能电池并网发电系统，包括太阳能电池，所述太阳能电池并网发电系统与三相电网连接，所述太阳能电池并网发电系统还包括：
与所述太阳能电池和所述三相电网连接，分别对所述太阳能电池的输出电压、所述三相电网的线电压和相电压进行采样的电压采样模块；
与所述太阳能电池连接，将所述太阳能电池输出的直流电转换为交流电的逆变器模块；
与所述逆变器模块和所述三相电网连接，控制所述逆变器模块的输出电流进行三路导通或两路导通的继电器开关组；以及
与所述电压采样模块、所述逆变器模块以及所述继电器开关组连接，分别比较所述输出电压与所述线电压和所述相电压的大小关系，当所述输出电压大于所述线电压时，控制所述逆变器模块进行三相逆变并控制所述继电器开关组三路导通输出所述三相交流电，当所述输出电压小于所述线电压且大于所述相电压时，控制所述逆变器模块进行单相逆变并控制所述继电器开关组两路导通输出所述单相交流电的控制模块。
进一步地，所述太阳能电池并网发电系统还包括：
连接在所述逆变器模块和所述继电器开关组之间，滤除所述交流电中的干扰信号的滤波模块。
进一步地，所述逆变器模块为三相逆变桥，所述三相逆变桥的输入端与太阳能电池的输出端连接，所述三相逆变桥的输出端与所述滤波模块连接。
进一步地，所述滤波模块包括电感L1、电感L2、电感L3；
所述电感L1的第一端、所述电感L2的第一端以及所述电感L3的第一端分别与所述三相逆变桥的三个输出端连接，所述电感L1的第二端、所述电感L2的第二端以及所述电感L3的第二端分别与所述继电器开关组连接。
进一步地，所述继电器开关组包括继电器开关K1、继电器开关K2、继电器开关K3、继电器开关K4；
所述继电器开关K1的第一端、所述继电器开关K2第一端以及所述继电器开关K3的第一端分别与所述电感L1的第二端、所述电感L2的第二端以及所述电感L3的第二端连接，所述继电器开关K1的第二端、所述继电器开关K2第二端以及所述继电器开关K3的第二端分别与所述三相电网的三根火线连接，所述继电器开关K1的控制端、所述继电器开关K2控制端、所述继电器开关K3的控制端分别与所述控制模块连接，所述继电器开关K4的第一端与所述继电器开关K2第一端连接，所述继电器开关K4的第二端与所述三相电网的中性线连接。
进一步地，所述控制模块为微处理芯片U1；
所述微处理芯片U1的电压采样端与所述电压采样模块连接，所述微处理芯片U1的继电器控制端分别与所述继电器开关K1的控制端、所述继电器开关K2控制端、所述继电器开关K3的控制端以及所述继电器开关K4的控制端连接，所述微处理芯片U1的逆变器控制端分别与所述三相逆变桥的各开关管的控制端连接。
本发明还提供了一种基于上述太阳能电池并网发电系统的并网发电方法，所述方法包括以下步骤：
初始化太阳能电池并网发电系统；
电压采样模块对太阳能电池的输出电压、三相电网的线电压和相电压分别进行采样，并将采样数据传送至控制模块；
所述控制模块分别比较所述输出电压与所述线电压和所述相电压的大小关系，根据所述大小关系控制逆变器模块进行三相逆变或单相逆变，并对应的控制继电器开关组三路导通或两路导通。
进一步地，所述根据所述大小关系控制逆变器模块进行三相逆变或单相逆变，并对应的控制继电器开关组三路导通或两路导通的步骤具体包括以下步骤:
当所述输出电压大于所述线电压时，所述控制模块控制所述逆变器模块进行三相逆变，并控制所述继电器开关组三路导通输出三相交流电；
当所述输出电压小于所述线电压且大于所述相电压时，所述控制模块控制所述逆变器模块进行单相逆变，并控制所述继电器开关组两路导通输出单相交流电。
在本发明中，通过电压采样模块分别对太阳能电池的输出电压、三相电网的线电压和相电压进行采样，然后通过控制模块比较所述输出电压与所述线电压和所述相电压的大小关系，根据它们的大小关系控制逆变器模块和继电器开关组的工作状态，使太阳能电池输出的直流电进行三相或单相逆变后并入电网，本发明根据太阳能电池的输出电压选择不同的逆变方式进行逆变后并入电网，精简了电路结构，同时减少了线路损耗，解决了现有太阳能电池并网系统结构复杂、控制难度大且效率低的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的太阳能电池并网发电系统的模块结构图；
图2是本发明实施例提供的太阳能电池并网发电系统的电路结构图；
图3是本发明实施例提供的太阳能电池并网发电系统进行三相逆变的等效图；
图4是本发明实施例提供的太阳能电池并网发电系统进行单相逆变的等效图；
图5是本发明实施例提供的太阳能电池并网发电的方法的流程图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
图1示出了本发明实施例提供的太阳能电池并网发电系统，为了便于说明，本实施例仅列举与本实施例相关的部分。
如图1所示，本发明实施例提供的太阳能电池并网发电系统100，包括太阳能电池BAT，太阳能电池并网发电系统100与三相电网AC1、AC2、AC3连接，太阳能电池并网发电系统100还包括：
与太阳能电池BAT和三相电网AC1、AC2、AC3连接，分别对太阳能电池BAT的输出电压V0和三相电网AC1、AC2、AC3的线电压V1和相电压V2分别进行采样的电压采样模块101；
与太阳能电池BAT连接，将太阳能电池BAT输出的直流电转换为交流电的逆变器模块102；
与逆变器模块102和三相电网AC1、AC2、AC3连接，控制逆变器模块102的输出电流进行三路导通或两路导通的继电器开关组103；以及
与电压采样模块101、逆变器模块102及继电器开关组103连接，分别比较太阳能电池BAT的输出电压V0与线电压V1和相电压V2的大小关系，当该输出电压V0大于线电压V1时，控制逆变器模块102进行三相逆变并控制继电器开关组103三路导通输出三相交流电，当输出电压V0小于线电压V1且大于相电压V2时，控制逆变器模块102进行单相逆变并控制继电器开关组103两路导通输出单相交流电的控制模块104。
在本发明实施例中，三相电网采用星型连接方式进行连接，电压采样模块101为精密实时电压采样芯片，能够实时获取不同时刻太阳能电池BAT的输出电压V0和三相电网的线电压V1以及相电压V2，本发明实施例是通过比较输出电压V0与线电压V1和相电压V2的大小关系，然后根据比较结果控制逆变器模块102和继电器开关组103的工作状态，逆变器模块102包括三相逆变和单相逆变两种工作状态，继电器开关组103包括三路导通和两路导通两种工作状态，当逆变器模块102进行三相逆变时继电器开关组103为三路导通，当逆变器模块102进行单相逆变时继电器开关组103为两路导通。
作为本发明一实施例，太阳能电池并网发电系统还包括：
连接在逆变器模块102和继电器开关组103之间，滤除交流电中的干扰信号的滤波模块104；
与控制模块104连接，显示太阳能电池BAT的输出电压V0和三相电网的线电压V1和相电压V2以及继电器开关组103的开关状态的显示模块106。
在本发明实施例中，显示模块106用于显示太阳能电池BAT的输出电压V0、三相电网的线电压V1和相电压V2，以及继电器开关组103的开关状态，这样便于工作人员对太阳能电池并网发电系统的运行数据进行掌控。
如图2所示，作为本发明一实施例，逆变器模块102为三相逆变桥M，三相逆变桥M的输入端与太阳能电池BAT的输出端连接，三相逆变桥M的输出端分别与滤波模块105连接。
在本发明实施例中，三相逆变桥M为两电平三相逆变器或三电平三相逆变器或其它形式的三相逆变器拓扑。
作为本发明一实施例，滤波模块105包括电感L1、电感L2、电感L3；
电感L1的第一端、电感L2的第一端以及电感L3的第一端分别与三相逆变桥M的三个输出端连接，电感L1的第二端、电感L2的第二端以及电感L3的第二端分别与继电器开关组103连接。
在本发明实施例中，三相逆变桥M具有三个逆变电流输出端，分别与电感L1、电感L2以及电感L3连接。
作为本发明一实施例，继电器开关组103包括继电器开关K1、继电器开关K2、继电器开关K3、继电器开关K4；
继电器开关K1的第一端、继电器开关K2第一端以及继电器开关K3的第一端分别与电感L1的第二端、电感L2的第二端以及电感L3的第二端连接，继电器开关K1的第二端、继电器开关K2第二端、继电器开关K3的第二端分别与三相电网的三根火线（AC1、AC2、AC3的输入端）连接，继电器开关K1的控制端、继电器开关K2控制端、继电器开关K3的控制端分别与控制模块104连接，继电器开关K4的第一端与继电器开关K2第一端连接，继电器开关K4的第二端与三相电网的中性线（零线）连接。
作为本发明一实施例，控制模块104为微处理芯片U1；
微处理芯片U1的电压采样端IN1与电压采样模块101连接，微处理芯片U1的继电器控制端I/O1-I/O4分别与继电器开关K1的控制端、继电器开关K2控制端、继电器开关K3的控制端、继电器开关K4的控制端连接，微处理芯片U1的逆变器控制端I/O5-I/O10分别与三相逆变桥M的各开关管的控制端连接，微处理芯片U1的显示输出端OUT1端与显示模块106连接。
图3示出了本发明实施例中，当太阳能电池BAT的输出电压V0大于三相电网的线电压V1时，控制模块104控制三相逆变桥M进行三相逆变、继电器开关组三路导通（继电器开关K1-K3导通、继电器开关K4断开）的等效电路，为了便于说明，图3为三相逆变桥M进行三相逆变后并入三相电网的等效电路图。
图4示出了本发明实施例中，当太阳能电池BAT的输出电压V0小于三相电压的线V1且大于相电压V2时，控制模块104控制三相逆变器M进行单相逆变、继电器开关组103两路导通（继电器开关K1和K4导通，继电器开关K3断开）的等效电路，继电器开关组103两路导通的控制方式还包括继电器开关K3和K4导通，继电器开关K1断开这一种控制方式。
在本发明实施例中，当控制模块104控制三相逆变桥M进行单相逆变时，有两种控制方式，第一种是控制三相逆变桥M中的开关管S1、S2、S3、S4工作，开关管S5、S6不工作，对应的控制继电器开关K1和K4导通，继电器开关K3断开，第二种是控制三相逆变桥M中的开关管S3、S4、S5、S6工作，开关管S1、S2不工作，对应的控制继电器开关K3和K4导通，继电器开关K1断开，图4采用的是第一种控制方式。
下面对本发明实施例提供的太阳能电池并网发电系统的工作原理进行说明。
通过电压采样模块101实时采样获取不同时刻太阳能电池BAT的输出电压V0和三相电网的线电压V1以及相电压V2，然后通过控制模块104比较输出电压V0与线电压V1和相电压V2的大小关系，然后根据比较结果控制逆变器模块102（三相逆变器M）和继电器开关组103的工作状态，当输出电压V0大于三相电网的线电压V1时，控制模块104控制三相逆变桥M进行三相逆变，同时控制继电器开关组模块103三路导通（继电器开关K1-K3导通，继电器开关K4断开）输出三相逆变桥M逆变后三相交流电，当输出电压V0小于三相电网的线电压V1且大于三相电压的相电压V2时，控制模块104控制三相逆变桥M进行单相逆变，同时控制继电器开关组103两路导通（继电器开关K1和K4导通，继电器开关K3断开或继电器开关K3和K4导通，继电器开关K1断开）输出三相逆变桥M输出的单相交流电并入电网。
如图5所示，本发明还提供了一种基于上述太阳能电池并网发电系统的并网发电方法，包括以下步骤：
步骤S100、初始化太阳能电池并网发电系统。
步骤S200、电压采样模块对太阳能电池的输出电压、三相电网的线电压和相电压分别进行采样，并将采样数据传送至控制模块。
步骤S300、控制模块分别比较太阳能电池的输出电压与三相电网的线电压和相电压的大小关系，根据该大小关系控制逆变器模块进行三相逆变或单相逆变，并对应的控制继电器开关组三路导通或两路导通。
在步骤S300中，根据该大小关系控制逆变器模块进行三相逆变或单相逆变，并对应的控制继电器开关组三路导通或两路导通的步骤具体包括：
当该输出电压大于该线电压时，控制模块控制逆变器模块进行三相逆变，并对应的控制该控制继电器开关组三路导通输出三相交流电；
当该输出电压小于该线电压且大于该相电压时，控制模块控制逆变器模块进行单相逆变，并对应的控制继电器开关组两路导通输出单相交流电。
在本发明实施例中，通过电压采样模块分别对太阳能电池的输出电压、三相电网的线电压和相电压进行采样，然后通过控制模块比较所述输出电压与所述线电压和所述相电压的大小关系，根据它们的大小关系控制逆变器模块和继电器开关组的工作状态，使太阳能电池输出的直流电进行三相或单相逆变后并入电网，本发明根据太阳能电池的输出电压选择不同的逆变方式进行逆变后并入电网，精简了电路结构，同时减少了线路损耗，解决了现有太阳能电池并网系统结构复杂、控制难度大且效率低的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种太阳能电池并网发电系统，包括太阳能电池，所述太阳能电池并网发电系统与三相电网连接，其特征在于，所述太阳能电池并网发电系统还包括：
与所述太阳能电池和所述三相电网连接，分别对所述太阳能电池的输出电压、所述三相电网的线电压和相电压进行采样的电压采样模块；
与所述太阳能电池连接，将所述太阳能电池输出的直流电转换为交流电的逆变器模块；
与所述逆变器模块和所述三相电网连接，控制所述逆变器模块的输出电流进行三路导通或两路导通的继电器开关组；以及
与所述电压采样模块、所述逆变器模块以及所述继电器开关组连接，分别比较所述输出电压与所述线电压和所述相电压的大小关系，当所述输出电压大于所述线电压时，控制所述逆变器模块进行三相逆变并控制所述继电器开关组三路导通输出三相交流电，当所述输出电压小于所述线电压且大于所述相电压时，控制所述逆变器模块进行单相逆变并控制所述继电器开关组两路导通输出单相交流电的控制模块；
其中,所述继电器开关组包括继电器开关K1、继电器开关K2、继电器开关K3、继电器开关K4；
所述继电器开关K1的第一端、所述继电器开关K2第一端以及所述继电器开关K3的第一端分别与电感L1的第二端、电感L2的第二端以及电感L3的第二端连接，所述继电器开关K1的第二端、所述继电器开关K2第二端以及所述继电器开关K3的第二端分别与所述三相电网的三根火线连接，所述继电器开关K1的控制端、所述继电器开关K2控制端、所述继电器开关K3的控制端分别与所述控制模块连接，所述继电器开关K4的第一端与所述继电器开关K2第一端连接，所述继电器开关K4的第二端与所述三相电网的中性线连接。
2.如权利要求1所述的太阳能电池并网发电系统，其特征在于，所述太阳能电池并网发电系统还包括：
连接在所述逆变器模块和所述继电器开关组之间，滤除所述交流电中的干扰信号的滤波模块。
3.如权利要求2所述的太阳能电池并网发电系统，其特征在于，所述逆变器模块为三相逆变桥，所述三相逆变桥的输入端与太阳能电池的输出端连接，所述三相逆变桥的输出端与所述滤波模块连接。
4.如权利要求3所述的太阳能电池并网发电系统，其特征在于，所述滤波模块包括电感L1、电感L2、电感L3；
所述电感L1的第一端、所述电感L2的第一端以及所述电感L3的第一端分别与所述三相逆变桥的三个输出端连接，所述电感L1的第二端、所述电感L2的第二端以及所述电感L3的第二端分别与所述继电器开关组连接。
5.如权利要求4所述的太阳能电池并网发电系统，其特征在于，所述控制模块为微处理芯片U1；
所述微处理芯片U1的电压采样端与所述电压采样模块连接，所述微处理芯片U1的继电器控制端分别与所述继电器开关K1的控制端、所述继电器开关K2控制端、所述继电器开关K3的控制端以及所述继电器开关K4的控制端连接，所述微处理芯片U1的逆变器控制端分别与所述三相逆变桥的各开关管的控制端连接。
6.一种基于权利要求1所述的太阳能电池并网发电系统的并网发电方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
初始化太阳能电池并网发电系统；
电压采样模块对太阳能电池的输出电压、三相电网的线电压和相电压分别进行采样，并将采样数据传送至控制模块；
所述控制模块分别比较所述输出电压与所述线电压和所述相电压的大小关系，根据所述大小关系控制逆变器模块进行三相逆变或单相逆变，并对应的控制继电器开关组三路导通或两路导通。
7.如权利要求6所述的太阳能电池并网发电系统的并网发电方法，其特征在于，所述根据所述大小关系控制逆变器模块进行三相逆变或单相逆变，并对应的控制继电器开关组三路导通或两路导通的步骤具体包括以下步骤:
当所述输出电压大于所述线电压时，所述控制模块控制所述逆变器模块进行三相逆变，并对应的控制所述继电器开关组三路导通输出三相交流电；
当所述输出电压小于所述线电压且大于所述相电压时，所述控制模块控制所述逆变器模块进行单相逆变，并对应的控制所述继电器开关组两路导通输出单相交流电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210128 Address after: 518101 2 / F and 3 / F, building 4, xibianling Jiayu Company Industrial Zone, Shangwu village, Shiyan street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: SHENZHEN GROWATT NEW ENERGY Co.,Ltd. Address before: 518000 East and third floors, 1st floor, building 5, xibianling Jiayu Company Industrial Zone, Shangwu village, Shiyan street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: SHENZHEN GROWATT NEW ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518101 floor a401, 4-13, building a, Sino German European Industrial Demonstration Park, Hangcheng Avenue, guxing community, Xixiang street, Bao'an District, Shenzhen, Guangdong Patentee after: Shenzhen Growatt New Energy Technology Co.,Ltd. Address before: 518101 2 / F and 3 / F, building 4, xibianling Jiayu Company Industrial Zone, Shangwu village, Shiyan street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: SHENZHEN GROWATT NEW ENERGY Co.,Ltd. |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A solar cell grid connected power generation system and method Effective date of registration: 20231228 Granted publication date: 20170426 Pledgee: Ningbo Bank Co.,Ltd. Shenzhen Branch Pledgor: Shenzhen Growatt New Energy Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980075166 |