CN106300428A - 一种光伏系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光伏系统及其控制方法。所述光伏系统包括光伏电池组件、变流单元、第一开关、第二开关、以及开关电源；其中，所述光伏电池组件的输出端经第一开关连接所述变流单元的第一端；所述变流单元的第二端经第二开关连接电网；所述开关电源具有直流取电支路和交流取电支路；其中，所述直流取电支路的取电点位于所述光伏电池组件和所述第一开关之间，所述交流取电支路的取电点位于所述第二开关和电网之间。本发明的光伏系统可减少系统的待机损耗、可增加系统的安全可靠性、可保证光伏电池组件的使用寿命。

Description

一种光伏系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体涉及一种光伏系统及其控制方法。
背景技术
传统意义上的光伏空调，其光伏系统往往是以传统逆变器为雏形设计出的，其开关电源直接从变流器的直流母线上取电。在空调未开启且光伏电池组件不满足发电条件(即无能量输出)的情况下，为了保证系统的检测功能，仍需直流母线始终带电(高压或市电)，并且变流器需要一直动作以保持直流母线电压稳定在固定值。
这种光伏系统至少存在如下缺陷：空调待机时，整个系统的功耗大，造成了不必要的电能浪费；不能满足系统的安全性要求，给系统的检修带了不便，在未断开第二开关的情况下，对空调机组或光伏电池组件部分进行检修时，存在触电的危险；光伏电池组件容易受直流母线电压的冲击而影响寿命。
发明内容
基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种光伏系统，其能解决前述缺陷中的至少一种。
上述目的通过以下技术方案实现：
一种光伏系统，其包括光伏电池组件、变流单元、第一开关、第二开关、以及开关电源，其中，
所述光伏电池组件的输出端经第一开关连接所述变流单元的第一端，
所述变流单元的第二端经第二开关连接电网，
所述开关电源具有直流取电支路和交流取电支路，其中，所述直流取电支路的取电点位于所述光伏电池组件和所述第一开关之间，所述交流取电支路的取电点位于所述第二开关和电网之间。
优选地，还包括光伏检测单元，其设置在所述光伏电池组件和所述第一开关之间，以用于检测所述光伏电池组件的状态。
优选地，还包括控制系统，所述控制系统由所述开关电源输出的控制电供电，并用于输出控制信号来控制所述第一开关和所述第二开关。
优选地，所述控制系统与所述变流单元相连，以便检测并控制所述变流单元。
优选地，所述变流单元的第一端与其直流母线直接相连。
优选地，所述开关电源包括变压器，所述开关电源的直流取电支路与交流取电支路连接至共同的电源母线，所述电源母线连接变压器的原边，所述开关电源输出的控制电由所述变压器的副边输出。
优选地，所述变流单元包括三相桥式电路，所述三相桥式电路包括三相桥臂，每相桥臂包括具有反并联二极管的两个功率开关器件，所述两个功率开关器件分别构成该相桥臂的上臂和下臂，各相桥臂的上臂与下臂之间的连接点用于连接所述第二开关。
优选地，所述光伏系统为三相光伏系统，三相电网的三相线路经第二开关分别连接至各相桥臂的上臂与下臂之间的连接点；
或者，所述光伏系统为单相光伏系统，单相电网的两条线路经第二开关分别连接至任意两相桥臂的上臂与下臂之间的连接点。
优选地，还包括用电设备，所述用电设备连接所述变流单元的第一端。
优选地，所述用电设备为空调机组。
本发明的另一目的在于提供一种根据前面所述的光伏系统的控制方法，其包括步骤：根据光伏电池组件的状态和/或电网的状态控制所述第一开关和所述第二开关的开合状态。
优选地，当所述光伏电池组件不满足发电条件时，控制所述第一开关断开。
优选地，在所述光伏系统的用电设备不运行的情况下，控制所述第二开关断开；
或者，在所述光伏系统的用电设备需要运行时，控制所述第二开关闭合。
优选地，当所述光伏电池组件满足发电条件时，控制所述第一开关闭合，同时控制所述第二开关闭合。
优选地，当电网断电时，在所述光伏系统的用电设备需要运行且所述光伏电池组件的发电量大于所述用电设备的能耗时，控制所述第一开关闭合、同时控制所述第二开关断开。
本发明的光伏系统及其控制方法，由于开关电源采用双取电模式，并且相应地设置直流侧开关(第一开关)和交流侧开关(第二开关)，配合相应的检测及控制逻辑，至少具有以下有益效果：(1)可减少光伏系统的待机损耗；(2)可增加光伏系统的安全可靠性；(3)可保证光伏电池组件的使用寿命。
附图说明
以下将参照附图对根据本发明的光伏系统及其控制方法进行描述。图中：
图1为本发明的一种优选实施方式的光伏系统的原理图；
图2为本发明的光伏系统中开关电源的原理图。
具体实施方式
为解决背景技术部分中所提到的传统意义上的光伏系统存在的问题，本发明提供了一种光伏系统。
如图1所示，本发明的光伏系统包括光伏电池组件1、空调机组2、变流单元3、第一开关4、第二开关5、以及开关电源(优选高压电源开关)6，其中，
所述光伏电池组件1的输出端经第一开关4连接所述变流单元3的第一端(图中为左端)，该第一开关也可称为直流侧开关，
所述变流单元3的第二端(图中为右端)经第二开关5连接电网9，该第二开关也可称为交流侧开关，
所述开关电源6具有直流取电支路61和交流取电支路62，其中，所述直流取电支路61的取电点位于所述光伏电池组件1和所述第一开关8之间(即位于第一开关的前侧)，所述交流取电支路62的取电点位于所述第二开关5和电网9之间(即位于第二开关的后侧)。
所述开关电源6主要是用于输出控制电，以向系统中的控制和检测等环节供电。
本发明的光伏系统优选还包括用电设备，具体是空调机组2，所述用电设备(空调机组2)连接所述变流单元3的第一端。从而，本发明的光伏系统构成一种光伏空调系统。
由于本发明的开关电源采用双取电模式，并且设置有第一开关4和第二开关5，而开关电源6的两个取电点分别位于第一开关4的前侧和第二开关5的后侧，第一开关4和第二开关5的开合状态不影响取电点的取电。因此，在空调待机时，可以将第一开关4和第二开关5均断开，从而将逆变器3完全断电，其直流母线不再带电，因而系统整体的待机功耗可显著下降。
同时，在第一开关4和第二开关5均断开的情况下，对空调机组2或光伏电池组件1进行检修时，还能有效避免触电的危险，提高了系统的安全性。
另外，在光伏电池组件1不发电的情况下，也即，空调机组2仅依靠电网9供电的情况下，本发明的光伏系统还可以断开第一开关4，从而切断变流单元3与光伏电池组件1之间的连接，由此可以避免直流母线电压对光伏电池组件1的寿命造成影响，以便延长光伏电池组件1的使用寿命。
优选地，本发明的光伏系统还包括光伏检测单元8，其设置在所述光伏电池组件1和所述第一开关4之间，以用于检测所述光伏电池组件1的状态。光伏检测单元8例如可以检测光伏电池组件1的初始电压、线路极性等状态信息，例如在初次组装后以及线路检修后上电时进行检测，以免造成系统损坏。光伏检测单元8可以采用现有技术的检测手段。
优选地，本发明的光伏系统还包括控制系统7，所述控制系统7由所述开关电源输出的控制电供电，并用于输出控制信号来控制所述第一开关4和所述第二开关5。例如，控制系统7可以根据光伏电池组件1的状态以及电网9的状态来做出具体的控制动作，例如控制第一开关4和/或第二开关5的开合等。
例如，光伏检测单元8的输出端可以连接至所述控制系统7，从而将光伏检测信号传输至控制系统7中，以便根据光伏电池组件1的状态做出相应的控制动作。
优选地，所述控制系统7与所述变流单元3相连，以便检测并控制所述变流单元3。例如，控制系统7获取变流单元3的检测信号，以用于判断光伏电池组件1的电压、电流等状态以及电网9的状态，继而发出相应的控制信号，用来控制变流单元3，以便调整电压、减少谐波成分等等，使变流单元3的直流母线的电压符合要求。
进一步地，控制系统7根据来自变流单元3的检测信号，还能判断光伏电池组件1是否满足发电条件，以及发电量是否能满足空调机组2的工作需求等，以便适时地控制第一开关4的开合。
优选地，所述变流单元3的第一端(图中为左端)与其直流母线直接相连。因此，空调机组2是在直流母线上取电。当第一开关4闭合时，开关电源6的直流取点支路61也相当于是在直流母线上取电。
图2示出了本发明的开关电源6的一种优选实施方式的原理图。优选地，所述开关电源6包括变压器64，所述开关电源6的直流取电支路61与交流取电支路62连接至共同的电源母线63，所述电源母线63连接变压器64的原边，所述变压器64的副边用于输出所述控制电。
如图2所示，直流取电支路61的两条取电线路上分别连接有二极管，以保证直流取电支路61的极性，这样可避免因光伏电池组件1的线路接反而导致的电压反向对后续的控制系统等造成损害。
同样如图2所示，交流取电支路62包括四个二极管构成的全波整流桥，该全波整流桥的两个输出端根据极性连接至电源母线63，从而保证取自电网侧的电满足极性要求。当电网9为三相电网时，交流取电支路62可以在任意两相之间进行取电。
优选地，如图1中虚线框内的结构所示，所述变流单元3包括三相桥式电路，所述三相桥式电路包括三相桥臂，每相桥臂包括具有反并联二极管的两个功率开关器件，所述两个功率开关器件分别构成该相桥臂的上臂和下臂，各相桥臂的上臂与下臂之间的连接点用于连接所述第二开关5。
优选地，如图1所示，电网9为三相电网，因而所述光伏系统为三相光伏系统，三相电网的三相线路经第二开关5分别连接至各相桥臂的上臂与下臂之间的连接点。
替代地，电网9也可以为单相电网，此时，所述光伏系统即为单相光伏系统，单相电网的两条线路可以经第二开关5分别连接至变流单元3的任意两相桥臂的上臂与下臂之间的连接点。
在上述工作的基础上，本发明的另一方面还提供了前面所述的光伏系统的控制方法，其包括步骤：根据光伏电池组件1的状态和/或电网9的状态控制所述第一开关4和所述第二开关5的开合状态。
通过控制第一开关4和第二开关5的开合状态，能够方便地实现降低系统待机功耗、提高系统的安全可靠性、以及延长光伏电池组件的使用寿命等目标。
对光伏电池组件1的状态的判断、以及对电网状态的判断，可以由控制系统7根据来自变流单元3的检测信号做出判断。
优选地，所述控制方法进一步包括：当所述光伏电池组件1不满足发电条件时，控制所述第一开关4断开。这样可以保护光伏电池组件1免受电网侧电压的影响，确保光伏电池组件1的使用寿命。
进一步地，在断开第一开关4的情况下，再根据空调机组2是否运行来确定对第二开关5的控制策略。
具体地，在空调机组2不运行的情况下，控制所述第二开关5断开。也即，同时断开光伏电池组件1与变流单元3之间的连接、以及变流单元3与电网9之间的连接，此时，光伏系统处于待机状态，直流母线不带电，开关电源6从交流电网9取电，以保证系统的各项检测功能正常。通过这种控制方式，既能降低系统的待机功耗，又能增加系统的安全性。
或者，在空调机组2需要运行时，控制所述第二开关5闭合。也即，断开光伏电池组件1与变流单元3之间的连接的同时，保持变流单元3与电网9之间的连接，以便通过电网9对空调机组2进行供电，能够保证空调机组的正常运行。
优选地，所述控制方法还包括：当所述光伏电池组件1满足发电条件时，控制所述第一开关4闭合，同时控制所述第二开关5闭合，除非电网9断电。
在控制第一开关4闭合的情况下，整个系统的运行模式包括以下两种：
模式一：空调机组2不运行、或者空调机组2需要运行且所述光伏电池组件1的发电量大于空调机组2的能耗，此时，控制所述第二开关5闭合，可以将光伏电池组件1所发出的多余的电能馈送到电网。这种模式下，主要是光伏电池组件1对空调机组进行供电。
模式二：空调机组2需要运行但所述光伏电池组件1的发电量不能满足空调机组2的能耗，此时，控制所述第二开关5闭合，可以从电网9取电以维持空调机组2的运行。这种模式下，由电网9和光伏电池组件1共同对空调机组进行供电。
优选地，所述控制方法还包括：当电网9断电时，在空调机组2需要运行且所述光伏电池组件1的发电量大于空调机组2的能耗时，控制所述第一开关4闭合、同时控制所述第二开关5断开。此时，以光伏电池组件对空调机组进行供电，同时，将系统与电网9之间的连接断开，以免对电网9造成冲击，或者危及检修电网9的人员的人身安全。
综上，本发明的光伏系统及其控制方法，由于开关电源采用双取电模式，并且相应地设置直流侧开关(第一开关)和交流侧开关(第二开关)，配合相应的检测及控制逻辑，至少具有以下有益效果：
(1)可减少光伏系统的待机损耗；
(2)可增加光伏系统的安全可靠性；
(3)可保证光伏电池组件的使用寿命。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (15)

1.一种光伏系统，其特征在于，包括光伏电池组件、变流单元、第一开关、第二开关、以及开关电源，其中，
所述光伏电池组件的输出端经第一开关连接所述变流单元的第一端，
所述变流单元的第二端经第二开关连接电网，
所述开关电源具有直流取电支路和交流取电支路，其中，所述直流取电支路的取电点位于所述光伏电池组件和所述第一开关之间，所述交流取电支路的取电点位于所述第二开关和电网之间。
2.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，还包括光伏检测单元，其设置在所述光伏电池组件和所述第一开关之间，以用于检测所述光伏电池组件的状态。
3.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统由所述开关电源输出的控制电供电，并用于输出控制信号来控制所述第一开关和所述第二开关。
4.根据权利要求3所述的光伏系统，其特征在于，所述控制系统与所述变流单元相连，以便检测并控制所述变流单元。
5.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述变流单元的第一端与其直流母线直接相连。
6.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述开关电源包括变压器，所述开关电源的直流取电支路与交流取电支路连接至共同的电源母线，所述电源母线连接变压器的原边，所述开关电源输出的控制电由所述变压器的副边输出。
7.根据权利要求1-6之一所述的光伏系统，其特征在于，所述变流单元包括三相桥式电路，所述三相桥式电路包括三相桥臂，每相桥臂包括具有反并联二极管的两个功率开关器件，所述两个功率开关器件分别构成该相桥臂的上臂和下臂，各相桥臂的上臂与下臂之间的连接点用于连接所述第二开关。
8.根据权利要求7所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏系统为三相光伏系统，三相电网的三相线路经第二开关分别连接至各相桥臂的上臂与下臂之间的连接点；
或者，所述光伏系统为单相光伏系统，单相电网的两条线路经第二开关分别连接至任意两相桥臂的上臂与下臂之间的连接点。
9.根据权利要求1-6之一所述的光伏系统，其特征在于，还包括用电设备，所述用电设备连接所述变流单元的第一端。
10.根据权利要求9所述的光伏系统，其特征在于，所述用电设备为空调机组。
11.一种根据权利要求1-10之一所述的光伏系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：根据光伏电池组件的状态和/或电网的状态控制所述第一开关和所述第二开关的开合状态。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当所述光伏电池组件不满足发电条件时，控制所述第一开关断开。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，在所述光伏系统的用电设备不运行的情况下，控制所述第二开关断开；
或者，在所述光伏系统的用电设备需要运行时，控制所述第二开关闭合。
14.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当所述光伏电池组件满足发电条件时，控制所述第一开关闭合，同时控制所述第二开关闭合。
15.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当电网断电时，在所述光伏系统的用电设备需要运行且所述光伏电池组件的发电量大于所述用电设备的能耗时，控制所述第一开关闭合、同时控制所述第二开关断开。
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