CN113364040A - 一种光伏并网自动稳压控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光伏并网自动稳压控制装置，所述装置的输入端接入电网侧，输出侧接用户端，所述装置包括电压调节电路及其对应的控制器和切换控制电路；所述控制器用于通过脉冲信号控制电压调节电路中的功率开关管，所述电压调节电路包括升压电路和降压电路，当网侧电压低于稳压电压时，所述切换控制电路控制升压电路工作，否则控制降压电路工作，不论电网电压高低，用户端的电压均能实现稳压。

Description

一种光伏并网自动稳压控制装置及方法

技术领域

本发明涉及发电并网控制领域，更具体涉及一种光伏并网自动稳压控制装置及方法。

背景技术

随着光伏发电的发展，农村光伏安装数量大增，大量光伏逆变器接入电网，由于光伏发电受光照的影响较大，发电量的多少存在不确定性，同时输电线路存在线路阻抗，导致并网点的电压存在升高或降低的风险，在农村台区光伏并网导致的这种问题尤为突出。

针对这种问题，现有技术采用并入变压器的方法，或者用逆变电源接到隔离变压器上再串联到网侧实现稳压的功能。

但是发明人发现，如果只并入变压器，现有方案有线性调压器和可控硅投切变压器两种方法，第一种调压需要电机移动抽头，寿命较低，第二种投切变压器无法精确控制电压；逆变电源接到隔离变再串联到网测这种方案需要再加一级能量双向流动的前级PFC，成本更高。这些方案中均存在变压器，而变压器体积大，成本较高，不易安装。

发明内容

本发明为了解决稳定农网台区大量光伏并网引起的并网点电压不稳定的问题，通过比较网侧和用户侧的电压，自动投切双向可控硅，改变AC-AC的输入输出端，实现用户端电压升高时可回馈电网，电压降低时可以及时补充，达到稳定电压的目的。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

第一方面，本公开提供了一种光伏并网自动稳压控制装置，所述装置的输入端接入电网侧，输出侧接用户端，所述装置包括电压调节电路及其对应的控制器和切换控制电路；所述控制器用于通过脉冲信号控制电压调节电路中的功率开关管，所述电压调节电路包括升压电路和降压电路，当网侧电压低于稳压电压时，所述切换控制电路控制升压电路工作，否则控制降压电路工作。

进一步的技术方案，所述电压调节电路包括功率开关管S1、S2、S3、S4，电容C1、C2和电感L1，所述功率开关管S1和S2同开同关，S3和S4同开同关。

进一步的技术方案，所述切换控制电路包括双路开关S5、S6、S7、S8、S9，所述双路开关S5、S6、S7、S8为双向可控硅SCR。

进一步的技术方案，所述双路开关S9为旁路开关。

进一步的技术方案，所述升压电路为boost升压电路，所述降压电路为buck降压电路。

进一步的技术方案，所述功率开关管S1、S2、S3、S4为带有体二极管的IGBT。

第二方面，本公开提供了一种光伏并网自动稳压控制方法；

闭合双路开关S9，检测网侧电压,判断网侧电压和稳压电压的高低，若网侧电压低于稳定电压，则控制双路开关S6、S7闭合，启动boost升压电路，若网侧电压高于稳定电压，则控制双路开关S5、S8闭合，启动buck降压电路。

进一步的技术方案，所述boost升压电路或buck降压电路的启动方式为：闭合功率开关管S1、S2，保持功率开关管S3、S4断开，使升压电路或者降压电路工作在直通状态，闭合双路开关S9后，稳定输出电压。

进一步的技术方案，自动稳压控制装置可以切换自身的工作状态，如果自动稳压装置当前工作在Boost升压电路模式时，可以切换至Buck降压电路模式，同时如果自动稳压装置当前工作在Buck降压电路模式时，可以切换至Boost升压电路模式。

进一步的技术方案，所述自动稳压控制装置利用开关管开通和关断的时间比率，进行维持稳定电压输出的。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

(1)本发明提供一种光伏并网自动稳压控制装置，相较于隔离变压器成本低、体积小，原理简单可行。

(2)不论电网电压高低，用户端的电压均能实现稳压，自动稳压装置工作在升压模式时网侧电压高于待稳定侧的电压时，可以切换到降压模式反之，也可以从降压模式切换到升压模式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的光伏并网自动稳压控制装置的整体结构图；

图2为本发明的电压调节电路原理图；

图3为本发明的切换控制电路原理图；

图4为双向可控硅的基本结构以及其等效电路；

图5为本发明的自动稳压装置上电启动的具体步骤。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术由于有隔离变压器的存在，会有体积、重量过大，成本较高，不易安装的缺点，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种光伏并网自动稳压控制装置，不论电网电压的高低，均能实现用户端的电压稳压控制。

以下结合附图1-3，对本发明的结构作进一步说明。

发明整体思路：

本发明为了解决稳定农网台区大量光伏并网引起的并网点电压不稳定的问题，通过比较网侧和用户侧的电压，自动投切双向可控硅，改变AC-AC的输入输出端，实现用户端电压升高时可回馈电网，电压降低时可以及时补充，达到稳定电压的目的。

实施例一，本实施例提供了一种光伏并网自动稳压控制装置。

图1为本实施例的光伏并网自动稳压控制装置的整体结构图，如图1所示，一种光伏并网自动稳压控制装置，所述装置的输入端接入电网侧的火线和零线，输出侧接用户端，所述装置包括电压调节电路及其对应的控制器和切换控制电路；所述控制器用于通过脉冲信号控制电压调节电路中的功率开关管，所述电压调节电路包括升压电路和降压电路，当网侧电压低于稳压电压时，所述切换控制电路控制升压电路工作，否则控制降压电路工作。

如图2所示为本实施例的电压调节电路原理图，所述电压调节电路包括功率开关管S1、S2、S3、S4，电容C1、C2和电感L1；

所述功率开关管S1和S2同开同关，S3和S4同开同关，功率开关管S1和S3为互补关系。

所述功率开关管S1的发射极和功率开关管S2的发射极连接；

所述功率开关管S2的集电极和功率开关管S3的集电极连接；

所述功率开关管S3的发射极和功率开关管S4的发射极连接；

所述电容C1的第一端口连接电网侧零线端，第二端口连接用户端，所述电感L1的一端连接所述电容C1的第一端口，另一端连接至功率开关管S2和S3的集电极，所述电容C2的一端连接至用户端，另一端连接至电网侧的零线端；

所述功率开关管S1、S2、S3、S4为带有体二极管的IGBT。

IGBT的沟道只能单方向流动电流，因此需要带体二极管续流。

所述电压调节电路具有现能量双向流动的功能，当功率从A向B传输，电压调节电路为boost升压电路，从B向A传输，电压调节电路为buck降压电路，若电网接A端，用户端接B端，网测的电压始终大于等于用户侧的电压，可实现用户侧的电压稳定；若电网接B端，用户端接A端，则网测的电压始终小于等于用户侧的电压，也可以实现用户侧的电压稳定。

如图3所示为本实施例的切换控制电路原理图，所述切换控制电路包括双路开关S5、S6、S7、S8、S9，所述双路开关为双向可控硅SCR，因此没有输入输出端之分，所述双路开关S5和S6连接，S5和S7的连接，S8和电容C1的第一端口相连，所述S9的一端和电网侧连接，另一端和用户端连接。

双向可控硅SCR具有两个方向轮流导通、关断的特性。双向可控硅是两个反并联的单向可控硅，是由NPNPN五层半导体形成四个PN结构成、有三个电极的半导体器件。由于主电极的构造是对称的(都从N层引出)，把与控制极相近的叫做第一电极A1，另一个叫做第二电极A2。

图4为双向可控硅的基本结构以及其等效电路，它有两个主电极T1和T2，一个门极G，门极使元器件在主电极的正反2个方向均可触发导通，因此双向可控硅在第1和第3象限有对称的伏安特性。双向可控硅门极加正、负触发脉冲都能使管子触发导通，有四种触发形式。

所述双路开关S9为旁路开关，在产品故障时，闭合双路开关S9，将整个电路旁路掉，直接将电网接入用户端，方便维修。

实施例二，基于同一发明构思，本实施例提供了一种光伏并网自动稳压控制方法；

一种光伏并网自动稳压控制方法，具体为：

所述电压调节电路具有能量双向流动的功能，当功率从A向B传输，电压调节电路为boost升压电路，从B向A传输，电压调节电路为buck降压电路，若电网接A端，用户端B端，网测的电压始终大于等于用户侧的电压，可实现用户侧的电压稳定；若电网接B端，用户端接A端，则网测的电压始终小于等于用户侧的电压，也可以实现用户侧的电压稳定。

如图5所示为自动稳压装置在上电启动时工作流程图,具体为:

闭合双路开关S9，检测网侧电压,判断网侧电压和稳压电压的高低，若网侧电压低于稳定电压，则控制双路开关S6、S7闭合，启动boost升压电路，若网侧电压高于稳定电压，则控制双路开关S5、S8闭合，启动buck降压电路。

作为进一步的实施，boost升压电路或buck降压电路的启动方式为：闭合功率开关管S1、S2，保持功率开关管S3、S4断开，使升压电路或者降压电路工作在直通状态，闭合双路开关S9后，稳定输出电压。

作为进一步的实施，自动稳压装置可以切换自身的工作状态，如果自动稳压装置当前工作在Boost升压电路模式时，可以切换至Buck降压电路模式，同时如果自动稳压装置当前工作在Buck降压电路模式时，可以切换至Boost升压电路模式；

由于Boost升压电路和Buck降压电路的特性，利用开关管开通和关断的时间比率，进行维持稳定输出的。

具体的切换过程为：如果自动稳压装置当前工作在Boost升压电路模式时，输入高于输出，S1、S2为上管，S3、S4为下管，下管占空比为零，此时功率开关管S1、S2为常闭状态，功率开关管S3、S4为常开状态，电路为直通状态。闭合双路开关S9，S6、S7由常闭变为常开，S5、S8由常开变为常闭，由PI计算得出的占空比赋予S1、S2，S3和S4为S1和S2的互补，完成切换过程。

如果自动稳压装置当前工作在Buck降压电路模式时，输入低于输出，S1、S2为上管，S3、S4为下管，下管占空比为零，此时功率开关管S1、S2为常闭状态，功率开关管S3、S4为常开状态，电路为直通状态。闭合双路开关S9，S5、S8由常闭变为常开，S6、S7由常开变为常闭，由PI计算得出的占空比赋予S3、S4，S1和S2为S3和S4的互补，完成切换过程。

在整个切换过程中，双路开关S9的作用是在切换过程中直接将市电引入用户端，防止用户停电。

上述实施例针对单相供电时的技术方案，三相供电时的技术方案的具体实施过程相同。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，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。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

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。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种光伏并网自动稳压控制装置，其特征在于，所述装置包括电压调节电路及其对应的控制器和切换控制电路；所述控制器用于通过脉冲信号控制电压调节电路中的功率开关管，所述电压调节电路包括升压电路和降压电路，当网侧电压低于稳压电压时，所述切换控制电路控制升压电路工作，否则控制降压电路工作。

2.如权利要求1所述的一种光伏并网自动稳压控制装置，其特征在于，所述电压调节电路包括功率开关管S1、S2、S3、S4，电容C1、C2和电感L1，所述功率开关管S1和S2同开同关，S3和S4同开同关。

3.如权利要求1所述的一种光伏并网自动稳压控制装置，其特征在于，所述切换控制电路包括双路开关S5、S6、S7、S8、S9，所述双路开关S5、S6、S7、S8为双向可控硅SCR。

4.如权利要求3所述的一种光伏并网自动稳压控制装置，其特征在于，所述双路开关S9为旁路开关。

5.如权利要求1所述的一种光伏并网自动稳压控制装置，其特征在于，所述升压电路为boost升压电路，所述降压电路为buck降压电路。

6.如权利要求2所述的一种光伏并网自动稳压控制装置，其特征在于，所述功率开关管S1、S2、S3、S4为带有体二极管的IGBT。

7.采用权利要求1所述的光伏并网自动稳压控制装置的控制方法，其特征在于，闭合双路开关S9，检测网侧电压,判断网侧电压和稳压电压的高低，若网侧电压低于稳定电压，则控制双路开关S6、S7闭合，启动boost升压电路，若网侧电压高于稳定电压，则控制双路开关S5、S8闭合，启动buck降压电路。

8.如权利要求7所述的一种光伏并网自动稳压控制方法，其特征在于，所述boost升压电路或buck降压电路的启动方式为：闭合功率开关管S1、S2，保持功率开关管S3、S4断开，使升压电路或者降压电路工作在直通状态，闭合双路开关S9后，稳定输出电压。

9.如权利要求7所述的一种光伏并网自动稳压控制方法，其特征在于，自动稳压控制装置可以切换自身的工作状态，如果自动稳压装置当前工作在Boost升压电路模式时，可以切换至Buck降压电路模式，同时如果自动稳压装置当前工作在Buck降压电路模式时，可以切换至Boost升压电路模式。

10.如权利要求7所述的一种光伏并网自动稳压控制方法，其特征在于，所述自动稳压控制装置利用开关管开通和关断的时间比率，进行维持稳定电压输出的。

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