CN104734323A - 混合供电系统及其供电方法和电器设备 - Google Patents

混合供电系统及其供电方法和电器设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合供电系统及其供电方法和电器设备。其中，混合供电系统包括：太阳能电池阵列；升压电路，输入端与太阳能电池阵列相连接；直流母线，与升压电路的输出端相连接；变流电路，与直流母线相连接，并连接三相交流电源，其中，变流电路具有三相全桥功率器件；逆变器，输入端与直流母线相连接；以及电机，与逆变器的输出端相连接。通过本发明，解决了现有技术中混合供电系统适用电源单一的问题，进而达到了扩大混合供电系统应用场合的效果。

Description

混合供电系统及其供电方法和电器设备
技术领域
本发明涉及供电领域，具体而言，涉及一种混合供电系统及其供电方法和电器设备。
背景技术
图1是现有技术中混合供电系统的拓扑图，如图1所示，该混合供电系统主要包括：太阳能电池阵列10、BOOST1升压电路(包括电感L1’、二极管D1’和由PWM1信号控制的开关管)、交流电源AC、整流桥20、BOOST2升压电路(包括电感L2’、二极管D2’和由PWM2信号控制的开关管)、电容C、逆变器30及电机M，其中，交流电源AC为额定电压为220VAC的单相交流电(即市电)，整流桥20为单相整流桥堆。该混合供电系统的供电原理如下：
太阳能电池阵列10的输出经BOOST1升压电路接入直流母线侧，BOOST1升压电路中的开关管的PWM1信号由太阳能电池输出功率控制系统产生。
交流电源AC经整流桥20和BOOST2升压电路接入直流母线侧，BOOST2升压电路中的开关管的PWM2信号由功率因素校正控制系统提供。
上述结构的混合供电系统适用电源单一，只适用于单相电源(市电)，对于交流电源AC为三相电源的场合无法使用，电机M功率较小，只适用于家用，不适用于商用。并且，上述结构的混合供电系统存在可靠性问题和太阳能利用率低的问题，当太阳能电池阵列10的输出功率大于电机M的消耗功率时，多余的能量没有释放的路径，会导致逆变器的直流母线电容累计电量越来越高，最终导致逆变器损坏。虽然通过控制太阳能电池阵列输出功率等于空调消耗功率，可以解决此问题，但是保证不了太阳能电池阵列输出功率始终为最大，也即最大功率追踪效率(MPPT)低下，太阳能利用率达不到最优。
针对相关技术中混合供电系统适用电源单一的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种混合供电系统及其供电方法和电器设备，以解决现有技术中混合供电系统适用电源单一的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种混合供电系统。
根据本发明的混合供电系统包括：太阳能电池阵列；升压电路，输入端与太阳能电池阵列相连接；直流母线，与升压电路的输出端相连接；变流电路，与直流母线相连接，并连接三相交流电源，其中，变流电路具有三相全桥功率器件；逆变器，输入端与直流母线相连接；以及电机，与逆变器的输出端相连接。
进一步地，变流电路为双向变流电路，混合供电系统还包括：第一控制器，与变流电路相连接，用于控制变流电路处于逆变状态或整流状态；以及第二控制器，与升压电路相连接，用于通过控制升压电路调节太阳能电池阵列的输出功率。
进一步地，在变流电路处于整流状态下，第一控制器还用于根据直流母线的电压参考值、直流母线的实时电压值、三相交流电源的实时相电压值和三相交流电源的实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号，在变流电路处于逆变状态下，第一控制器还用于根据直流母线的电压参考值、直流母线的实时电压值、输出功率、电机的消耗功率、实时相电压值和实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号。
进一步地，第一控制器包括：第一加法器，正相输入端接收直流母线的电压参考值，反相输入端接收直流母线的实时电压值；第一调节器，输入端与第一加法器的输出端相连接，用于对直流母线的电压参考值和直流母线的实时电压值的差值进行比例积分微分调节，得到功率参考值；第一乘法器，第一输入端与第一调节器的输出端相连接，第二输入端接收实时相电压值，用于将功率参考值与实时相电压值进行处理，得到相电流参考值；第二加法器，正相输入端与第一乘法器的输出端相连接，反相输入端接收实时相电流值；第二调节器，输入端与第二加法器的输出端相连接，用于将相电流参考值与实时相电流值的差值进行比例积分微分调节；第三加法器，第一正相输入端与第二调节器的输出端相连接，第二正相输入端接收实时相电压值；变换器，与第三加法器的输出端相连接，用于对第三加法器的输出结果进行变换，得到实时相电压的相电压参考值；以及第一比较器，第一输入端与变换器的输出端相连接，第二输入端接收预设载波，输出端与三相全桥功率器件相连接，用于产生三相全桥功率器件的控制信号。
进一步地，第一控制器还包括：第四加法器，正相输入端接收直流母线的电压参考值，反相输入端接收直流母线的实时电压值；第三调节器，输入端与第四加法器的输出端相连接，用于对直流母线的电压参考值和直流母线的实时电压值的差值进行比例积分调节，得到功率参考值；第二乘法器，第一输入端接收输出功率与消耗功率的差值，第二输入端与第三调节器的输出端相连接，第三输入端接收实时相电压值，用于输出相电流参考值；第五加法器，正相输入端与第二乘法器的输出端相连接，反相输入端接收实时相电流值；第四调节器，与第五加法器的输出端相连接，用于将相电流参考值与实时相电流值的差值进行比例积分调节；以及第二比较器，第一输入端与第四调节器的输出端相连接，第二输入端接收预设载波，输出端与三相全桥功率器件相连接，用于产生三相全桥功率器件的控制信号。
进一步地，升压电路包括功率开关器件，其中，第二控制器用于根据太阳能电池阵列的电压参考值、太阳能电池阵列的实时电压值和太阳能电池阵列的实时电流值产生控制功率开关器件的控制信号。
进一步地，第二控制器包括：第六加法器，正相输入端接收太阳能电池阵列的电压参考值，反相输入端接收太阳能电池阵列的实时电压值；第五调节器，与第六加法器的输出端相连接，用于对太阳能电池阵列的电压参考值和太阳能电池阵列的实时电压值的差值进行比例积分调节，得到电流参考值；第七加法器，正相输入端与第五调节器的输出端相连接，反相输入端接收实时电流值；以及第六调节器，与第七加法器的输出端相连接，用于对电流参考值和实时电流值的差值进行比例积分调节，产生功率开关器件的控制信号。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种电器设备。
根据本发明的电器设备包括：本发明上述内容所提供的任一种混合供电系统，其中，混合供电系统的电机为电器设备的驱动电机。
进一步地，电器设备为空调机组，电机为空调机组的压缩机。
为了实现上述目的，根据本发明的第三方面，提供了一种混合供电系统的供电方法。
其中，混合供电系统包括直流母线、太阳能电池阵列和具有三相全桥功率器件的变流电路，根据本发明的混合供电系统的供电方法包括：利用太阳能电池阵列向直流母线供电；以及通过变流电路连接三相交流电源向直流母线供电。
进一步地，混合供电系统还包括与太阳能电池阵列相连接的升压电路，利用太阳能电池阵列向直流母线供电包括：通过控制升压电路调节太阳能电池阵列的输出功率。
进一步地，通过控制升压电路调节太阳能电池阵列的输出功率包括：获取太阳能电池阵列的电压参考值和实时电压值；计算太阳能电池阵列的电压参考值和实时电压值的电压差值；对电压差值进行比例积分调节，得到电流参考值；获取太阳能电池阵列的实时电流值；计算电流参考值与实时电流值的电流差值；以及对电流差值进行比例积分调节，产生调节太阳能电池阵列的输出功率的控制信号。
进一步地，供电方法还包括：获取太阳能电池阵列的输出功率，并获取与直流母线相连接的电机的消耗功率；比较输出功率与消耗功率的大小；在比较出输出功率小于消耗功率的情况下，控制变流电路工作于整流状态；以及在比较出输出功率大于消耗功率的情况下，控制变流电路工作于逆变状态。
进一步地，在控制变流电路工作于整流状态下，供电方法还包括：根据直流母线的电压参考值、直流母线的实时电压值、三相交流电源的实时相电压值和三相交流电源的实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号，在控制变流电路工作于逆变状态下，供电方法还包括：根据直流母线的电压参考值、直流母线的实时电压值、太阳能电池阵列的输出功率、消耗功率、实时相电压值和实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号。
进一步地，根据直流母线的电压参考值、直流母线的实时电压值、三相交流电源的实时相电压值和三相交流电源的实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号包括：获取直流母线的电压参考值和实时电压值；对直流母线的电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分微分调节，得到功率参考值；将功率参考值与三相交流电源的实时相电压值经乘法器处理得到相电流参考值；将相电流参考值与三相交流电源的实时相电流值的差值进行比例积分微分调节，得到相电压参考值；对相电压参考值进行正弦脉宽调制得到第一调制解调信号，第一调制解调信号为变流电路工作于整流状态下，三相全桥功率器件的控制信号。
进一步地，根据直流母线的电压参考值、直流母线的实时电压值、太阳能电池阵列的输出功率、消耗功率、实时相电压值和实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号包括：获取直流母线的电压参考值和实时电压值；对直流母线的电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分调节，得到功率参考值；将输出功率和消耗功率的差值、功率参考值和三相交流电源的实时相电压值经乘法器处理，得到相电流参考值；将相电流参考值与三相交流电源的实时相电流值的差值进行比例积分调节，得到相电压参考值；以及对相电压参考值进行正弦脉宽调制得到第二调制解调信号，第二调制解调信号为变流电路工作于逆变状态下，三相全桥功率器件的控制信号。
本发明采用具有以下结构的混合供电系统：太阳能电池阵列；升压电路，输入端与太阳能电池阵列相连接；直流母线，与升压电路的输出端相连接；变流电路，与直流母线相连接，并连接三相交流电源，其中，变流电路具有三相全桥功率器件；逆变器，输入端与直流母线相连接；以及电机，与逆变器的输出端相连接。通过在变流电路中设置三相全桥功率器件，实现了能够连接三相交流电源为电机进行供电，能够应用于不同功率等级需要的家用和商用电器，实现了大功率电器能够使用三相电网和太阳能系统混合供电，解决了现有技术中混合供电系统适用电源单一的问题，进而达到了扩大混合供电系统应用场合的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术的混合供电系统的拓扑图；
图2是根据本发明实施例的混合供电系统的示意图；
图3是根据本发明实施例的混合供电系统，第一控制器与变流电路的连接电路图；
图4是根据本发明实施例的混合供电系统，第二控制器与升压电路的连接电路图；
图5是图3中第一控制器的一种结构图；
图6是图3中第一控制器的另一种结构图；
图7是图4中第二控制器的一种结构图；
图8是根据本发明实施例的混合供电系统，第一控制器、第二控制器和第三控制器的连接示意图；
图9是根据本发明实施例的混合供电系统的供电方法的流程图；以及
图10是根据本发明实施例的混合供电系统的供电方法，太阳能电池阵列输出特性的曲线示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供了一种混合供电系统，以下对本发明实施例所提供的混合供电系统进行具体介绍：
图2是根据本发明实施例的混合供电系统的示意图，如图2所示，该混合供电系统主要包括太阳能电池阵列10、升压电路40、直流母线50、变流电路60、逆变器30和电机M，其中，变流电路60主要包括三相全桥功率器件、储能电感和滤波电感L1、L2和L3、储能电容C1和C2、均压电阻R1和R2，其中，三相全桥功率器件为变流电路60的智能功率模块(Intelligent Power Module，简称IPM)。升压电路40为boost升压电路，其输入端与太阳能电池阵列10相连接，输入端连接至直流母线50。变流电路60用于连接三相交流电源70，并与直流母线50相连接。逆变器30的输入端与直流母线50相连接，输出端与电机M相连接。
本发明实施例所提供的混合供电系统，通过在变流电路中设置三相全桥功率器件，实现了能够连接三相交流电源为电机进行供电，能够应用于不同功率等级需要的家用和商用电器，实现了大功率电器能够使用三相电网和太阳能系统混合供电，解决了现有技术中混合供电系统适用电源单一的问题，进而达到了扩大混合供电系统应用场合的效果。
进一步地，在本发明实施例中，变流电路60为双向变流电路，如图3和图4所示，混合供电系统还包括第一控制器80和第二控制器90。
其中，第二控制器90与升压电路40相连接，用于通过控制升压电路40调节太阳能电池阵列10的输出功率，来实现对太阳能电池阵列10的最大功率追踪(MPPT)，保证太阳能电池阵列10在固定强度的太阳光下输出功率最大，以实现整个系统的节能和环保，达到了提供太阳能的利用率。
第一控制器80与变流电路60相连接，用于控制变流电路60处于逆变状态或整流状态。当太阳能电池阵列10的输出功率小于电机M运行的消耗功率时，全部太阳能功率用于电机M的消耗，并且第一控制器80控制变流电路60工作于整流状态，以使不足能量部分通过变流电路60从三相交流电源70补足。当太阳能电池阵列10不发电时，第一控制器80控制变流电路60工作于整流状态，电机M全部使用三相交流电源70。当太阳能电池阵列10的输出功率，等于电机M的消耗功率时，全部太阳能功率用于电机M的消耗。当太阳能电池阵列10的输出功率，大于电机M的消耗功率时，部分太阳能功率用于满足电机M的全部消耗，第一控制器80控制变流电路60工作于逆变状态，使得太阳能功率的多余部分由变流电路60逆变回三相交流电源70。这样，实现了在太阳能电池阵列10的输出功率大于消耗功率的情况下，多余的能量能够通过变流电路60逆变回三相交流电源70，避免直流母线50上的电容积累能量越来越高所造成的逆变器30损坏，达到了在保证太阳能利用的基础上，提高供电系统的可靠性。
具体地，如图2和图3所示，三相全桥功率器件分为六个单元，每个单元由绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)和二极管并联组合而成，图3中SI为进行电流检测的电流传感器。IGBT的控制信号PWM1-PWM6由第一控制器80产生。
当第一控制器80控制变流电路60工作于全控整流模式时，能量由三相交流电源70流入变流电路60。以R相为例说明变流电路60的工作原理：当IGBT Q2导通时，电流从R相经储能电感L1，流入Q2，流经D4或者D6，到达S相或T相和其储能电感L2或L3，在Q2导通期间，储能电感L1电流上升，储存能量；当Q2关断时，储存在储能电感L1的能量经二极管D1流入到变流器直流母线上的电容，从而实现能量由电网流入光伏变流器。
在全控整流模式下，必须实时调节三相相电流Ix(x＝r、s、t)的波形相位跟随相电压Vx(x＝r、s、t)的波形相位，从而提高功率因数，减少谐波成分和含量。在本发明实施例中，对于变流电路60处于整流状态下的情况，第一控制器80根据直流母线50的电压参考值、直流母线50的实时电压值、三相交流电源70的实时相电压值和三相交流电源70的实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号。其控制方式采用双闭环控制，外环是电压环，主要控制直流母线电压为固定值VDC_REF；内环是电流环，其参考值Ir_REF由电压外环经PID控制输出的功率参考值及实际相电压Vx(x＝r、s、t)经过乘法器后得到，电流参考值和实际检测值的差值进行PID控制，其输出结果与实际相电压Vx(x＝r、s、t)相加后经过变换后得到各相相电压的参考值VPWM_X(x＝r、s、t)，然后采用SPWM调制方法，将VPWM_X(x＝r、s、t)与三角载波作比较，产生控制IGBT的PWM信号。对于每一相而言，上下桥臂IGBT的PWM信号是互补的，即不能同时导通。
图5中示出了第一控制器80的一种具体结构，通过图5中示出的第一控制器80产生三相全桥功率器件的控制信号，如图5所示，第一控制器80主要包括第一加法器8001、第一调节器8002、第一乘法器8003、第二加法器8004、第二调节器8005、第三加法器8006、变换器8007和第一比较器8008，具体地：
第一加法器8001的正相输入端接收直流母线50的电压参考值，反相输入端接收直流母线50的实时电压值。第一调节器8002的输入端与第一加法器8001的输出端相连接，用于对直流母线50的电压参考值和直流母线50的实时电压值的差值进行比例积分微分(PID)调节，得到功率参考值。第一乘法器8003的第一输入端与第一调节器8002的输出端相连接，第二输入端接收实时相电压值，用于将功率参考值与实时相电压值进行处理，得到相电流参考值。第二加法器8004的正相输入端与第一乘法器8003的输出端相连接，反相输入端接收实时相电流值。第二调节器8005的输入端与第二加法器8004的输出端相连接，用于将相电流参考值与实时相电流值的差值进行比例积分微分调节。第三加法器8006的第一正相输入端与第二调节器8005的输出端相连接，第二正相输入端接收实时相电压值。变换器8007与第三加法器8006的输出端相连接，用于对第三加法器8006的输出结果进行变换，得到实时相电压的相电压参考值。第一比较器8008的第一输入端与变换器8007的输出端相连接，第二输入端接收预设载波，输出端与三相全桥功率器件相连接，用于产生三相全桥功率器件的控制信号。
当第一控制器80控制变流电路60工作于全控逆变模式时，能量由变流电路60流入三相交流电源70。其工作原理是：由于变流电路与三相交流电源70电网电压相连，其输出电压由三相交流电源70电压决定，因此只有控制输入三相交流电源70的电流，来达到往三相交流电源70输入功率的目的；同时，输入三相交流电源70的电流谐波含量必须符合国标要求，因此必须同时检测三相交流电源70电压的相位，以确保输入三相交流电源70的电流达到与三相交流电源70电压同频同相的要求。
在本发明实施例中，对于变流电路60处于逆变状态下的情况，第一控制器80根据直流母线50的电压参考值、直流母线50的实时电压值、输出功率、电机M的消耗功率、实时相电压值和实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号。其控制方式采用双环控制，外环是电压环，主要控制直流母线电压为固定值VDC_REF且需高于电网电压；内环是电流环，其参考值由电压外环和电压锁相环给定，通过对电流内环参考值和实际检测值的差值进行PI控制，得到变流电路每相输出电压Ux(x＝a、b、c)的参考值，然后采用SPWM调制方法，将Ux(x＝a、b、c)与三角载波作比较，产生控制IGBT的PWM信号。对于每一相而言，上下桥臂IGBT的PWM信号是互补的，即不能同时导通。PLL锁相环主要用于检测每一相电压相位，以达到控制输入电网的电流达到与电网电压同频同相。
图6中示出了第一控制器80的另一种具体结构，通过图6中示出的第一控制器80产生三相全桥功率器件的控制信号，如图6所示，第一控制器80主要包括第四加法器8009、第三调节器8010、第二乘法器8011、第五加法器8012、第四调节器8013和第二比较器8014，具体地：第四加法器8009的正相输入端接收直流母线50的电压参考值，反相输入端接收直流母线50的实时电压值。第三调节器8010的输入端与第四加法器8009的输出端相连接，用于对直流母线50的电压参考值和直流母线50的实时电压值的差值进行比例积分调节，得到功率参考值。第二乘法器8011的第一输入端接收输出功率与消耗功率的差值，第二输入端与第三调节器8010的输出端相连接，第三输入端接收实时相电压值，用于输出相电流参考值。第五加法器8012的正相输入端与第二乘法器8011的输出端相连接，反相输入端接收实时相电流值。第四调节器8013与第五加法器8012的输出端相连接，用于将相电流参考值与实时相电流值的差值进行比例积分调节。第二比较器8014的第一输入端与第四调节器8013的输出端相连接，第二输入端接收预设载波，输出端与三相全桥功率器件相连接，用于产生三相全桥功率器件的控制信号。
进一步地，如图2和图4所示，升压电路40包括功率开关器件Q7、储能电感L7和二极管D7，其工作原理是当功率开关器件Q7导通时，储能电感L7电流增大，由于电感具有电流不能突变的特性，在功率开关器件Q7关断期间，在储能电感L7上产生的电压加上太阳能电池阵列的输出电压，经过二极管D7，往储能电容C1和C2上充电，从而把太阳能电池阵列10的输出能量转到直流母线上。其中，第二控制器90通过控制功率开关器件Q7的导通或关断时长，控制太阳能电池阵列10的输出功率，对功率开关器件Q7进行控制的控制信号由第二控制器90产生，第二控制器90通过脉宽调制(Pulse-Width Modulation，简称PWM)信号控制BOOST升压电路40中的功率开关器件Q7，来控制太阳能电池阵列的输出功率。太阳能电池阵列输出的直流电，经BOOST升压电路40后直接输入到直流母线50。
图7中示出了第二控制器90的一种具体结构，通过图7中示出的第二控制器90产生功率开关器件Q7的控制信号，如图7所示，第二控制器90主要包括第六加法器9001、第五调节器9002、第七加法器9003和第六调节器9004，具体地，第六加法器9001的正相输入端接收太阳能电池阵列10的电压参考值，反相输入端接收太阳能电池阵列10的实时电压值。第五调节器9002与第六加法器9001的输出端相连接，用于对太阳能电池阵列10的电压参考值和太阳能电池阵列10的实时电压值的差值进行比例积分调节，得到电流参考值。第七加法器9003的正相输入端与第五调节器9002的输出端相连接，反相输入端接收实时电流值。第六调节器9004与第七加法器9003的输出端相连接，用于对电流参考值和实时电流值的差值进行比例积分调节，产生功率开关器件Q7的控制信号。
更进一步地，本发明实施例的混合供电系统还包括与第一控制器80和第二控制器90均相连接的第三控制器100，该第三控制器100是整个混合供电系统的能量智能分配单元，主要起着检测、计算、分配和执行的功能，目的是保证最优利用太阳能发电能量。图8是第一控制器80、第二控制器90和第三控制器100的连接示意图，如图8所示，第三控制器100根据太阳能电池阵列的输出电压Vpv和电流Ipv，计算出太阳能电池阵列的输出功率Ppv，根据直流母线50的直流电压VDC和直流电流IDC，计算出电机M的消耗功率P负载，并计算输出功率和消耗功率的差值△P＝Ppv-P负载，第一控制器80则根据差值△P的大小控制双向变流电路60处于逆变状态或整流状态，具体地，
①当△P＝0时，太阳能电池阵列的输出功率全部用于负载消耗，双向变流电路60工作于待机状态；
②当△P>0时，太阳能电池阵列的输出功率大于负载消耗，多余能量可回馈三相交流电源70，控制双向变流电路60运行于逆变并网(DC/AC)状态；
③当△P<0时，太阳能电池阵列的输出功率小于负载消耗，不足能量部分由三相交流电源70补足，控制双向变流电路60运行于全控整流(AC/DC)状态。
需要说明的是，第一控制器80、第二控制器90和第三控制器100可以是独立设置的控制器件，也可以是同一个控制器件。
本发明实施例还提供了一种电器设备，该电器设备包括本发明上述内容所提供的任一种混合供电系统，其中，混合供电系统的电机M为电器设备的驱动电机。
通过采用上述混合供电系统作为电器设备的供电源，由于上述混合供电系统能够使用三相电网和太阳能系统混合供电，因此，具备上述混合供电系统的电器设备具有适用电源和应用场合广泛的优点。
具体地，电器设备可以为空调机组，电机M则为空调机组的压缩机。
本发明实施例还提供了一种混合供电系统的供电方法，该供电方法主要通过本发明实施例上述内容所提供的混合供电系统进行供电，混合供电系统包括直流母线、太阳能电池阵列和具有三相全桥功率器件的变流电路，以下本发明实施例所提供的混合供电系统的供电方法进行具体介绍：
图9是根据本发明实施例的混合供电系统的供电方法的流程图，如图9所示，该供电方法主要包括如下步骤S902和步骤S904：
S902：利用太阳能电池阵列向直流母线供电，即，进行太阳能供电。
S904：通过变流电路连接三相交流电源向直流母线供电，即，进行三相交流电源供电。
本发明实施例所提供的混合供电系统的供电方法，通过利用变流电路连接三相交流电源，实现了能够利用三相交流电源进行供电，能够应用于不同功率等级需要的家用和商用电器，实现了大功率电器能够使用三相电网和太阳能系统混合供电，解决了现有技术中混合供电系统适用电源单一的问题，进而达到了扩大混合供电系统应用场合的效果。
其中，混合供电系统还包括与太阳能电池阵列相连接的升压电路，利用太阳能电池阵列向直流母线供电主要是，通过控制升压电路调节太阳能电池阵列的输出功率，以实现对太阳能电池板的最大功率追踪(MPPT)保证太阳能电池阵列在固定强度的太阳光下输出功率最大，以实现整个系统的节能和环保，达到了提供太阳能的利用率。
进一步地，对于太阳能电池阵列而言，其输出特性主要受光照强度和温度的影响，在光照强度一定时，其特性区线基本不变，如图10中的曲线l1和曲线l2，分别对应不同的光照强度。
如特性曲线l1，当太阳能电池板输出电流Ipv为零时，输出电压最大为Vo，简称开路电压；当太阳能电池板输出电压Vpv为零时，输出电流最大为Io，简称开路电流；当太阳能电池板输出电压为Vpv＝Um、输出电流为Ipv＝Im时，输出功率Ppv＝Pm最大。当太阳能电池板输出电压为Vpv＝U1、输出电流为Ipv＝I1时，输出功率为Ppv＝P1<Pm。因此，可以通过控制太阳能电池板输出电压为Um，来实现控制升压模块对太阳能电池板的最大功率追踪(MPPT)，具体地，在本发明实施例中，主要采用以下双闭环控制方法来调节太阳能电池阵列的输出功率包括：
获取太阳能电池阵列的电压参考值和实时电压值；计算太阳能电池阵列的电压参考值和实时电压值的电压差值；对电压差值进行比例积分调节，得到电流参考值；获取太阳能电池阵列的实时电流值；计算电流参考值与实时电流值的电流差值；以及对电流差值进行比例积分调节，产生调节太阳能电池阵列的输出功率的控制信号。
优选地，本发明实施例的混合供电系统的供电方法还包括：如下步骤S1至步骤S7：
S1：获取太阳能电池阵列的输出功率Ppv，并获取与直流母线相连接的电机的消耗功率P负载。
S3：比较输出功率Ppv与消耗功率P负载的大小。
S5：在比较出输出功率Ppv小于消耗功率P负载的情况下，控制变流电路工作于整流状态。
S7：在比较出输出功率Ppv大于消耗功率P负载的情况下，控制变流电路工作于逆变状态。
通过对太阳能电池阵列的输出功率Ppv与消耗功率P负载进行比较，并在太阳能电池阵列的输出功率相对较小的情况下，控制变流电路工作于整流状态，以使用电负载从三相交流电源获取能量补充。在输出功率相对较大的情况下，控制变流电路工作于逆变状态，使得太阳能功率的多余部分由变流电路逆变回三相交流电源，实现了在太阳能电池阵列的输出功率大于消耗功率的情况下，多余的能量能够通过变流电路逆变回三相交流电源，避免直流母线上的电容积累能量越来越高所造成的逆变器损坏，达到了在保证太阳能利用的基础上，提高供电系统的可靠性。
更进一步地，在控制变流电路工作于整流状态下，供电方法还包括：根据直流母线的电压参考值、直流母线的实时电压值、三相交流电源的实时相电压值和三相交流电源的实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号。在控制变流电路工作于逆变状态下，供电方法还包括：根据直流母线的电压参考值、直流母线的实时电压值、太阳能电池阵列的输出功率、消耗功率、实时相电压值和实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号。
具体地，根据直流母线的电压参考值、直流母线的实时电压值、三相交流电源的实时相电压值和三相交流电源的实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号包括：获取直流母线的电压参考值和实时电压值；对直流母线的电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分微分调节，得到功率参考值；将功率参考值与三相交流电源的实时相电压值经乘法器处理得到相电流参考值；将相电流参考值与三相交流电源的实时相电流值的差值进行比例积分微分调节，得到相电压参考值；对相电压参考值进行正弦脉宽调制得到第一调制解调信号，第一调制解调信号为变流电路工作于整流状态下，三相全桥功率器件的控制信号。
根据直流母线的电压参考值、直流母线的实时电压值、太阳能电池阵列的输出功率、消耗功率、实时相电压值和实时相电流值产生三相全桥功率器件的控制信号包括：获取直流母线的电压参考值和实时电压值；对直流母线的电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分调节，得到功率参考值；将输出功率和消耗功率的差值、功率参考值和三相交流电源的实时相电压值经乘法器处理，得到相电流参考值；将相电流参考值与三相交流电源的实时相电流值的差值进行比例积分调节，得到相电压参考值；以及对相电压参考值进行正弦脉宽调制得到第二调制解调信号，第二调制解调信号为变流电路工作于逆变状态下，三相全桥功率器件的控制信号。
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了能够利用三相交流电源进行供电，能够应用于不同功率等级需要的家用和商用电器，实现了大功率电器能够使用三相电网和太阳能系统混合供电，并且，还达到了对太阳能发送的最优利用，以及保证整机的可靠性。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种混合供电系统，其特征在于，包括：
太阳能电池阵列(10)；
升压电路(40)，输入端与所述太阳能电池阵列(10)相连接；
直流母线(50)，与所述升压电路(40)的输出端相连接；
变流电路(60)，与所述直流母线(50)相连接，并连接三相交流电源(70)，其中，所述变流电路(60)具有三相全桥功率器件；
逆变器(30)，输入端与所述直流母线(50)相连接；以及
电机(M)，与所述逆变器(30)的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的混合供电系统，其特征在于，所述变流电路(60)为双向变流电路，所述混合供电系统还包括：
第一控制器(80)，与所述变流电路(60)相连接，用于控制所述变流电路(60)处于逆变状态或整流状态；以及
第二控制器(90)，与所述升压电路(40)相连接，用于通过控制所述升压电路(40)调节所述太阳能电池阵列(10)的输出功率。
3.根据权利要求2所述的混合供电系统，其特征在于：
在所述变流电路(60)处于所述整流状态下，所述第一控制器(80)还用于根据所述直流母线(50)的电压参考值、所述直流母线(50)的实时电压值、所述三相交流电源(70)的实时相电压值和所述三相交流电源(70)的实时相电流值产生所述三相全桥功率器件的控制信号，
在所述变流电路(60)处于所述逆变状态下，所述第一控制器(80)还用于根据所述直流母线(50)的电压参考值、所述直流母线(50)的实时电压值、所述输出功率、所述电机(M)的消耗功率、所述实时相电压值和所述实时相电流值产生所述三相全桥功率器件的控制信号。
4.根据权利要求3所述的混合供电系统，其特征在于，所述第一控制器(80)包括：
第一加法器(8001)，正相输入端接收所述直流母线(50)的电压参考值，反相输入端接收所述直流母线(50)的实时电压值；
第一调节器(8002)，输入端与所述第一加法器(8001)的输出端相连接，用于对所述直流母线(50)的电压参考值和所述直流母线(50)的实时电压值的差值进行比例积分微分调节，得到功率参考值；
第一乘法器(8003)，第一输入端与所述第一调节器(8002)的输出端相连接，第二输入端接收所述实时相电压值，用于将所述功率参考值与所述实时相电压值进行处理，得到相电流参考值；
第二加法器(8004)，正相输入端与所述第一乘法器(8003)的输出端相连接，反相输入端接收所述实时相电流值；
第二调节器(8005)，输入端与所述第二加法器(8004)的输出端相连接，用于将所述相电流参考值与所述实时相电流值的差值进行比例积分微分调节；
第三加法器(8006)，第一正相输入端与所述第二调节器(8005)的输出端相连接，第二正相输入端接收所述实时相电压值；
变换器(8007)，与所述第三加法器(8006)的输出端相连接，用于对所述第三加法器(8006)的输出结果进行变换，得到所述实时相电压的相电压参考值；以及
第一比较器(8008)，第一输入端与所述变换器(8007)的输出端相连接，第二输入端接收预设载波，输出端与所述三相全桥功率器件相连接，用于产生所述三相全桥功率器件的控制信号。
5.根据权利要求3所述的混合供电系统，其特征在于，所述第一控制器(80)还包括：
第四加法器(8009)，正相输入端接收所述直流母线(50)的电压参考值，反相输入端接收所述直流母线(50)的实时电压值；
第三调节器(8010)，输入端与所述第四加法器(8009)的输出端相连接，用于对所述直流母线(50)的电压参考值和所述直流母线(50)的实时电压值的差值进行比例积分调节，得到功率参考值；
第二乘法器(8011)，第一输入端接收所述输出功率与所述消耗功率的差值，第二输入端与所述第三调节器(8010)的输出端相连接，第三输入端接收所述实时相电压值，用于输出相电流参考值；
第五加法器(8012)，正相输入端与所述第二乘法器(8011)的输出端相连接，反相输入端接收所述实时相电流值；
第四调节器(8013)，与所述第五加法器(8012)的输出端相连接，用于将所述相电流参考值与所述实时相电流值的差值进行比例积分调节；以及
第二比较器(8014)，第一输入端与所述第四调节器(8013)的输出端相连接，第二输入端接收预设载波，输出端与所述三相全桥功率器件相连接，用于产生所述三相全桥功率器件的控制信号。
6.根据权利要求2所述的混合供电系统，其特征在于，所述升压电路(40)包括功率开关器件(Q7)，其中，所述第二控制器(90)用于根据所述太阳能电池阵列(10)的电压参考值、所述太阳能电池阵列(10)的实时电压值和所述太阳能电池阵列(10)的实时电流值产生控制所述功率开关器件(Q7)的控制信号。
7.根据权利要求6所述的混合供电系统，其特征在于，所述第二控制器(90)包括：
第六加法器(9001)，正相输入端接收所述太阳能电池阵列(10)的电压参考值，反相输入端接收所述太阳能电池阵列(10)的实时电压值；
第五调节器(9002)，与所述第六加法器(9001)的输出端相连接，用于对所述太阳能电池阵列(10)的电压参考值和所述太阳能电池阵列(10)的实时电压值的差值进行比例积分调节，得到电流参考值；
第七加法器(9003)，正相输入端与所述第五调节器(9002)的输出端相连接，反相输入端接收所述实时电流值；以及
第六调节器(9004)，与所述第七加法器(9003)的输出端相连接，用于对所述电流参考值和所述实时电流值的差值进行比例积分调节，产生所述功率开关器件(Q7)的控制信号。
8.一种电器设备，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的混合供电系统，其中，所述混合供电系统的电机(M)为所述电器设备的驱动电机。
9.根据权利要求8所述的电器设备，其特征在于，所述电器设备为空调机组，所述电机(M)为所述空调机组的压缩机。
10.一种混合供电系统的供电方法，其特征在于，所述混合供电系统包括直流母线、太阳能电池阵列和具有三相全桥功率器件的变流电路，所述供电方法包括：
利用所述太阳能电池阵列向所述直流母线供电；以及
通过所述变流电路连接三相交流电源向所述直流母线供电。
11.根据权利要求10所述的供电方法，其特征在于，所述混合供电系统还包括与所述太阳能电池阵列相连接的升压电路，利用所述太阳能电池阵列向所述直流母线供电包括：
通过控制所述升压电路调节所述太阳能电池阵列的输出功率。
12.根据权利要求11所述的供电方法，其特征在于，通过控制所述升压电路调节所述太阳能电池阵列的输出功率包括：
获取所述太阳能电池阵列的电压参考值和实时电压值；
计算所述太阳能电池阵列的电压参考值和实时电压值的电压差值；
对所述电压差值进行比例积分调节，得到电流参考值；
获取所述太阳能电池阵列的实时电流值；
计算所述电流参考值与所述实时电流值的电流差值；以及
对所述电流差值进行比例积分调节，产生调节所述太阳能电池阵列的输出功率的控制信号。
13.根据权利要求10所述的供电方法，其特征在于，所述供电方法还包括：
获取所述太阳能电池阵列的输出功率，并获取与所述直流母线相连接的电机的消耗功率；
比较所述输出功率与所述消耗功率的大小；
在比较出所述输出功率小于所述消耗功率的情况下，控制所述变流电路工作于整流状态；以及
在比较出所述输出功率大于所述消耗功率的情况下，控制所述变流电路工作于逆变状态。
14.根据权利要求13所述的供电方法，其特征在于：
在控制所述变流电路工作于所述整流状态下，所述供电方法还包括：根据所述直流母线的电压参考值、所述直流母线的实时电压值、所述三相交流电源的实时相电压值和所述三相交流电源的实时相电流值产生所述三相全桥功率器件的控制信号，
在控制所述变流电路工作于所述逆变状态下，所述供电方法还包括：根据所述直流母线的电压参考值、所述直流母线的实时电压值、所述太阳能电池阵列的输出功率、所述消耗功率、所述实时相电压值和所述实时相电流值产生所述三相全桥功率器件的控制信号。
15.根据权利要求14所述的供电方法，其特征在于，根据所述直流母线的电压参考值、所述直流母线的实时电压值、所述三相交流电源的实时相电压值和所述三相交流电源的实时相电流值产生所述三相全桥功率器件的控制信号包括：
获取所述直流母线的电压参考值和实时电压值；
对所述直流母线的电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分微分调节，得到功率参考值；
将所述功率参考值与所述三相交流电源的实时相电压值经乘法器处理得到相电流参考值；
将所述相电流参考值与所述三相交流电源的实时相电流值的差值进行比例积分微分调节，得到相电压参考值；
对所述相电压参考值进行正弦脉宽调制得到第一调制解调信号，所述第一调制解调信号为所述变流电路工作于所述整流状态下，所述三相全桥功率器件的控制信号。
16.根据权利要求14所述的供电方法，其特征在于，根据所述直流母线的电压参考值、所述直流母线的实时电压值、所述太阳能电池阵列的输出功率、所述消耗功率、所述实时相电压值和所述实时相电流值产生所述三相全桥功率器件的控制信号包括：
获取所述直流母线的电压参考值和实时电压值；
对所述直流母线的电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分调节，得到功率参考值；
将所述输出功率和所述消耗功率的差值、所述功率参考值和所述三相交流电源的实时相电压值经乘法器处理，得到相电流参考值；
将所述相电流参考值与所述三相交流电源的实时相电流值的差值进行比例积分调节，得到相电压参考值；以及
对所述相电压参考值进行正弦脉宽调制得到第二调制解调信号，所述第二调制解调信号为所述变流电路工作于所述逆变状态下，所述三相全桥功率器件的控制信号。
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