CN114498885A - 光伏储能变流器充放电控制电路和光伏设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光伏储能变流器充放电控制电路和光伏设备，该控制电路包括光伏变压模块、光伏驱动电源模块、储能变压模块、储能驱动电源模块、储能模块、母线和充电支路；光伏变压模块通过母线与储能变压模块连接，光伏驱动电源模块与光伏变压模块连接，储能驱动电源模块与母线连接，储能驱动电源模块与储能变压模块连接；母线设置有常开开关，充电支路设置有常闭开关，充电支路与光伏变压模块连接，充电支路与储能模块连接。通过设置充电支路，使得在光照强度不足的情况下，光伏板可通过充电支路直接对储能模块充电，在光照强度充足的情况下，通过储能变压模块降压为储能模块充电，避免了光伏设备由于光照不足而无法启动的问题。

Description

光伏储能变流器充放电控制电路和光伏设备

技术领域

本发明涉及光伏充放电控制技术领域，特别涉及一种光伏储能变流器充放电控制电路和光伏设备。

背景技术

离网型光伏储能变流器是由电池、储能DC(Direct Current，直流电)/DC、光伏DC/DC等组成，白天通过DC/DC光伏发电给储能充电及直流负载提供电。如果碰到光伏发电量不够，储能充电不足或用电过多，造成储能过放保护，光伏DC/DC的驱动无法从储能获取电来开启光伏发电，造成系统整体瘫痪，无法重启。如果光照强度足够，光伏DC/DC的驱动可由光伏提供启动电能，光照强度不足时，光伏DC/DC无法启动，系统处于断电状态。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种光伏储能变流器充放电控制电路和光伏设备。

一种光伏储能变流器充放电控制电路，包括：光伏变压模块、光伏驱动电源模块、储能变压模块、储能驱动电源模块、储能模块、母线和充电支路；

所述光伏变压模块的第一端用于与光伏板电连接，所述光伏变压模块的第二端通过所述母线与所述储能变压模块的第一端连接，所述储能变压模块的第二端与所述储能模块连接；

所述光伏驱动电源模块的第一端用于与所述光伏板电连接，所述光伏驱动电源模块的第二端与所述光伏变压模块的第三端连接，所述储能驱动电源模块的第一端与所述母线连接，所述储能驱动电源模块的第二端与所述储能变压模块的第三端连接；

所述母线设置有常开开关，所述充电支路设置有常闭开关，所述充电支路的第一端与所述光伏变压模块的第二端连接，所述充电支路的第二端与所述储能模块连接。

在其中一个实施例中，所述母线上的所述常开开关与所述充电支路上的所述常闭开关被配置为不同时闭合。

在其中一个实施例中，所述储能模块包括电池单元和储能控制单元，所述电池单元与所述储能变压模块的第二端以及所述充电支路的第二端连接，所述储能控制单元与所述常开开关连接，所述储能控制单元用于在所述光伏变压模块的输出电压大于或等于第一预设电压时，控制所述常开开关闭合。

在其中一个实施例中，所述储能控制单元与所述常闭开关连接，所述储能控制单元用于在所述光伏变压模块的输出电压大于或等于第一预设电压时，控制所述常闭开关断开。

在其中一个实施例中，所述母线还用于连接负载，所述储能控制单元用于在所述储能模块向所述负载供电时，控制所述常闭开关断开，控制所述常开开关闭合。

在其中一个实施例中，所述光伏变压模块包括光伏控制单元，所述光伏控制单元与所述常闭开关连接，所述光伏控制单元用于在所述光伏板的输出电压大于或等于第二预设电压时，控制所述常闭开关断开。

在其中一个实施例中，所述储能控制单元与所述常开开关以及所述常闭开关连接，所述储能控制单元用于在所述光伏变压模块的输出电压小于所述第一预设电压时停止工作，以使得所述常开开关保持断开，所述常闭开关保持闭合。

在其中一个实施例中，所述常闭开关的数量为两个，所述储能控制单元用于控制其中一个所述常闭开关断开，所述光伏控制单元用于控制其中另外一个所述常闭开关断开。

在其中一个实施例中，所述光伏变压模块包括光伏控制单元，所述光伏控制单元分别与所述常开开关以及所述常闭开关连接，所述光伏控制单元用于在所述光伏板的输出电压大于或等于第二预设电压时，控制所述常闭开关断开，且控制所述常开开关闭合。

一种光伏设备，包括上述任一实施例中所述的光伏储能变流器充放电控制电路。

上述光伏储能变流器充放电控制电路和光伏设备，通过设置充电支路，使得在光照强度不足的情况下，光伏板可通过充电支路直接对储能模块充电，避免了母线电容累积电量，导致光伏驱动电源模块达到启动条件，而光伏驱动电源模块启动后消耗母线电容电量后又达不到驱动电源启动条件的情况，避免造成系统频繁启停；而在光照强度充足的情况下，通过储能变压模块降压为储能模块充电，从而避免了光伏设备由于光照不足而无法启动的问题，使得在光照较弱的情况下依然能够对储能模块充电，避免了造成光伏设备整体瘫痪、无法重启的问题，从而提高了设备的稳定性。

附图说明

图1为一个实施例中的光伏储能变流器充放电控制电路的电路原理示意图；

图2为另一个实施例中的光伏储能变流器充放电控制电路的电路原理示意图；

图3为又一个实施例中的光伏储能变流器充放电控制电路的电路原理示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

实施例一

本实施例中，如图1所示，提供一种光伏储能变流器充放电控制电路，包括：光伏变压模块、光伏驱动电源模块、储能变压模块、储能驱动电源模块、储能模块、母线和充电支路；所述光伏变压模块的第一端用于与光伏板电连接，所述光伏变压模块的第二端通过所述母线与所述储能变压模块的第一端连接，所述储能变压模块的第二端与所述储能模块连接；所述光伏驱动电源模块的第一端用于与所述光伏板电连接，所述光伏驱动电源模块的第二端与所述光伏变压模块的第三端连接，所述储能驱动电源模块的第一端与所述母线连接，所述储能驱动电源模块的第二端与所述储能变压模块的第三端连接；所述母线设置有常开开关，所述充电支路设置有常闭开关，所述充电支路的第一端与所述光伏变压模块的第二端连接，所述充电支路的第二端与所述储能模块连接。

本实施例中，光伏变压模块也称为光伏DC/DC，用于对光伏板的电压进行变压，以输入至母线，储能变压模块也称为储能DC/DC，用于对母线的电压进行变压，以使得电能输入至储能模块。该储能模块用于存储电能，该储能模块还能够提供电能。即，该储能模块可充电和放电，放电时，可对负载提供电能。光伏驱动电源模块也称光伏DC/DC驱动电源，用于从光伏板取电为光伏变压模块供电，以使得光伏变压模块工作，储能驱动电源模块也称储能DC/DC驱动电源，用于从母线取电为储能变压模块供电，以使得储能变压模块工作。母线用于连接光伏变压模块和储能变压模块，并且用于连接负载，使得储能模块在放电时，能够对负载供电。

本实施例中，母线上设置母线电容，母线上的常开开关用于控制母线的导通和断开，充电支路上的常闭开关用于控制充电支路的导通和断开。该常开开关在受到控制时闭合，在未受到控制时保持断开，该常闭开关在受到控制时断开，在未受到控制时保持闭合。

应该理解的是，在传统的光伏设备中，由于未设置充电支路，在光照强度不足的情况下，母线电容将逐渐累积电量，当电容累计电量达到一定时，光伏驱动电源模块达到启动条件，而光伏驱动电源模块启动后消耗母线电容电量后又达不到驱动电源启动条件，将造成系统频繁启停。而本实施例中，通过设置充电支路，使得在光照强度不足的情况下，光伏板可通过充电支路直接对储能模块充电，避免了母线电容累积电量，导致光伏驱动电源模块达到启动条件，而光伏驱动电源模块启动后消耗母线电容电量后又达不到驱动电源启动条件的情况，避免造成系统频繁启停；而在光照强度充足的情况下，通过储能变压模块降压为储能模块充电，从而避免了光伏设备由于光照不足而无法启动的问题，使得在光照较弱的情况下依然能够对储能模块充电，避免了造成光伏设备整体瘫痪、无法重启的问题，从而提高了设备的稳定性。

在一个实施例中，所述母线上的所述常开开关与所述充电支路上的所述常闭开关被配置为不同时闭合。

本实施例中，所述母线上的所述常开开关与所述充电支路上的所述常闭开关被配置为在同一时刻处于不同的状态。常开开关和常闭开关不同时闭合，即常开开关断开时，常闭开关闭合；常开开关闭合时，常闭开关断开。这样，在光照强度充足的情况下，光伏板能够产生足够电能，光伏驱动电源模块和储能驱动电源模块获得足够启动的电压，光伏驱动电源模块为光伏变压模块供电，以使得光伏变压模块工作，以对光伏板的电压进行降压以输出至母线，储能驱动电源模块为储能变压模块供电，以使得储能变压模块工作，此时，充电支路上的常闭开关在控制下断开，充电支路无电流经过，无法对储能模块充电，常开开关在控制下闭合，母线的电能输送至储能变压模块，储能变压模块对母线的电压进行降压输送至储能模块为储能模块充电；在光照强度较弱的情况下，光伏板产生的电压较小，光伏驱动电源模块和储能驱动电源模块由于无法获得足够的启动电压而无法启动，此时，常开开关在不受控制的情况下保持断开，母线无法通过储能变压模块将电能输送至储能模块，而充电支路上的常闭开关则在不受控制的情况下保持闭合，使得光伏板产生的低电压通过充电支路为储能模块充电。

在一个实施例中，所述储能模块包括电池单元和储能控制单元，所述电池单元与所述储能变压模块的第二端以及所述充电支路的第二端连接，所述储能控制单元与所述常开开关连接，所述储能控制单元用于在所述光伏变压模块的输出电压大于或等于第一预设电压时，控制所述常开开关闭合。

本实施例中，电池单元用于充电和放电，储能控制单元用于控制常开开关的闭合，该储能控制单元也称为储能控制板，当光照强度充足时，光伏板产生足够的电压，储能驱动电源模块获得足够启动的电压而启动，从而使得储能控制储能变压模块工作，此时，由于光伏板产生足够电压，使得光伏驱动电源模块输出至母线的电压大于或等于第一预设电压，此时，常开开关在储能控制单元的控制下闭合，使得母线的电能输出至储能变压模块，由储能变压模块降压后对电池单元充电。而在光照强度较弱时，光伏板无法产生足够电压，储能驱动电源模块无法启动，此时，母线上的常开开关保持断开，使得母线断开，母线无法通过储能变压模块将电能输送至储能模块，而充电支路上的常闭开关则在不受控制的情况下保持闭合，使得光伏板产生的低电压通过充电支路为储能模块充电。

在一个实施例中，所述储能控制单元与所述常闭开关连接，所述储能控制单元用于在所述光伏变压模块的输出电压大于或等于第一预设电压时，控制所述常闭开关断开。

本实施例中，当光照强度充足时，光伏板产生足够的电压，使得光伏驱动电源模块输出至母线的电压大于或等于第一预设电压，储能驱动电源模块获得足够启动的电压而启动，从而控制储能控制储能变压模块工作，此时，储能控制单元控制充电支路上的常闭开关断开，使得充电支路断开，电能无法经过充电支路对电池单元充电，由于此时光伏板的电压太高，容易损坏电池，因此，充电支路断开能够避免光伏板的电能直接为电池单元直接充电，此时，电能由母线经过储能控制储能变压模块降压后对电池单元充电。

在一个实施例中，所述母线还用于连接负载，所述储能控制单元用于在所述储能模块向所述负载供电时，控制所述常闭开关断开，控制所述常开开关闭合。

本实施例中，在电池单元放电时，储能控制单元控制母线上的常开开关闭合，并控制充电支路上的常闭开关断开，这样，母线导通，充电支路断开，使得电池单元能够通过母线对负载供电。

在一个实施例中，所述光伏变压模块包括光伏控制单元，所述光伏控制单元与所述常闭开关连接，所述光伏控制单元用于在所述光伏板的输出电压大于或等于第二预设电压时，控制所述常闭开关断开。

本实施例中，光伏控制单元也称光伏控制板，当光照强度较大时，光伏板的输出电压较大，并且大于或等于第二预设电压，此时光伏控制单元控制常闭开关断开，使得充电支路断开，光伏板的电能通过光伏变压模块以及储能变压模块的降压为储能模块充电。

在一个实施例中，所述储能控制单元与所述常开开关以及所述常闭开关连接，所述储能控制单元用于在所述光伏变压模块的输出电压小于所述第一预设电压时停止工作，以使得所述常开开关保持断开，所述常闭开关保持闭合。

本实施例中，当光照强度较弱时，母线的输出电压较小，并且小于第一预设电压，储能驱动电源模块无法启动，储能变压模块停止工作，储能变压模块无法降压，因此，常开开关在不受控制的情况下保持断开，使得母线断开，常闭开关在不受控制的情况下保持闭合，使得充电支路闭合，这样，光伏板的电压将通过充电支路直接对储能模块充电，由于此时由于光照强度较弱，光伏板的电压较小，因此，可直接对储能模块的电池单元充电，而不会对电池单元造成损害。

在一个实施例中，如图2所示，所述常闭开关的数量为两个，所述储能控制单元用于控制其中一个所述常闭开关断开，所述光伏控制单元用于控制其中另外一个所述常闭开关断开。

本实施例中，常闭开关包括常闭开关S2和常闭开关S3，储能控制单元与常闭开关S3连接，储能控制单元用于控制常闭开关S3的断开，光伏控制单元与常闭开关S2连接，光伏控制单元用于控制常闭开关S2的断开。具体地，当光照强度较大时，光伏板的输出电压大于或等于第二预设电压，光伏变压模块的输出电压大于或等于第一预设电压，此时，储能控制单元控制所述常闭开关S3断开，光伏控制单元控制所述常闭开关S2断开，这样，能够使得充电支路断开，即便储能控制单元和光伏控制单元其中一个失效，依然能够保证充电支路断开，避免较大的电压通过充电支路对电池单元直接充电，从而有效提高了可靠性。

在一个实施例中，所述光伏变压模块包括光伏控制单元，所述光伏控制单元分别与所述常开开关以及所述常闭开关连接，所述光伏控制单元用于在所述光伏板的输出电压大于或等于第二预设电压时，控制所述常闭开关断开，且控制所述常开开关闭合。

本实施例中，当光照强度较大时，母线上的常开开关和充电支路上的常闭开关均与光伏控制单元连接，母线上的常开开关的闭合与充电支路上的常闭开关的断开均由光伏控制单元控制，这样，在光照强度较大的情况下，光伏板产生较大的输出电压时，光伏控制单元控制常闭开关断开，且控制常开开关闭合，使得光伏板的输出电压经过光伏变压模块以及储能变压模块的降压为电池单元充电，避免了较大的电压通过充电支路对电池单元直接充电，从而有效提高了可靠性。

在一个实施例中，储能驱动电源模块的最小启动电压与光伏驱动电源模块的最小启动电压相等。这样，储能驱动电源模块与光伏驱动电源模能够同时得到启动条件，同时启动，或者同时不启动，这样，能够使得要么常开开关闭合，母线导通，常闭开关断开，充电支路断开，要么常开开关断开，母线断开，常闭开关闭合，充电支路导通，实现要么母线通过储能变压模块对电池单元充电，要么由充电支路对电池单元充电，而不存在母线和充电支路同时对电池单元充电的情况。

在一个实施例中，储能驱动电源模块的最小启动电压大于光伏驱动电源模块的最小启动电压，并且储能驱动电源模块的最小启动电压以及光伏驱动电源模块的最小启动电压小于电池单元的直充的最大电压。

本实施例中，由于能驱动电源模块的最小启动电压大于光伏驱动电源模块的最小启动电压，并且储能驱动电源模块的最小启动电压以及光伏驱动电源模块的最小启动电压小于电池单元的直充的最大电压，使得当光伏驱动电源模块启动时，母线导通，充电支路断开，而电压不足以让光伏驱动电源模块启动时，充电支路导通，母线断开，而不存在母线和充电支路同时对电池单元充电的情况。

实施例二

本实施例中，如图2所示，离网型光伏储能变流器充放电控制电路的电路原理图，图2中开关S1、S2、S3、全部为可控开关，其中S2、S3为常闭开关，S1为常开开关，图2中储能即储能模块，储能包括电池、BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)和储能控制板，光伏DC/DC包括光伏控制板及采样电路板。光伏DC/DC驱动电源从光伏取电，给光伏DC/DC的光伏控制板及采样电路板供电，储能DC/DC驱动电源从母线取电，当光伏DC/DC不工作时，母线电压等于光伏电压。开关S2由光伏控制板控制，开关S1和S3由储能控制板控制。S2或S3不能和S1同时闭合。

方式一：储能放电时，储能控制板断开开关S3，闭合开关S1，负载从母线取电。储能充电时，第一种情况：光照强度足够时，光伏驱动电源足够启动，光伏DC控制板及检测电路工作，断开开关S2，光伏板不能给电池直充，电压太高，容易损害电池，光伏寻优，在最大功率点运行，储能DC/DC驱动电源从母线取电，将闭合开关S1，断开开关S3，然后进行降压工作，将母线高电压降至低电压给电池充电，储能控制板会与光伏控制板通讯，储能充最够后，若无负载用电，开关S1断开，S2和S3保持断开，有负载时，保持S1闭合，S2和S3保持断开。第二种情况：光伏强度较弱时，光伏DC/DC驱动电源以及储能DC/DC驱动电源都无法启动，所以开关S1会保持断开，S2和S3保持常闭，光伏板产生的低电压电通过充电支路直接给电池进行直充。本实施例中，光伏DC/DC驱动电源板与储能DC/DC驱动电源板的启动电压相等，或者储能DC/DC驱动电源板的最小启动电压应大于光伏DC/DC驱动电源板的最小启动电压，并且光伏DC/DC驱动电源板与储能DC/DC驱动电源板的最小启动电压小于电池直充最大电压。

实施例三

如图3所示，本实施例中，常开开关S1和常闭开关S2都由光伏控制板控制，给储能供电时，断开S2，闭合S1。

上述实施例中，光照强度不足时，避免母线电容会逐渐累积电量，达到光伏DC/DC驱动电源启动，启动消耗母线电容电量后又达不到驱动电源启动条件，造成系统频繁启停；此外，光照强度不足时，光伏DC/DC不工作，光伏板发的电可直充电池，避免浪费。

实施例四

在一个实施例中，提供一种光伏设备，包括上述任一实施例中所述的光伏储能变流器充放电控制电路。

上述实施例中，通过设置充电支路，使得在光照强度不足的情况下，光伏板可通过充电支路直接对储能模块充电，而在光照强度充足的情况下，通过储能变压模块降压为储能模块充电，从而避免了光伏设备由于光照不足而无法启动的问题，使得在光照较弱的情况下依然能够对储能模块充电，避免了造成光伏设备整体瘫痪、无法重启的问题，从而提高了设备的稳定性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光伏储能变流器充放电控制电路，其特征在于，包括：光伏变压模块、光伏驱动电源模块、储能变压模块、储能驱动电源模块、储能模块、母线和充电支路；

所述光伏变压模块的第一端用于与光伏板电连接，所述光伏变压模块的第二端通过所述母线与所述储能变压模块的第一端连接，所述储能变压模块的第二端与所述储能模块连接；

所述光伏驱动电源模块的第一端用于与所述光伏板电连接，所述光伏驱动电源模块的第二端与所述光伏变压模块的第三端连接，所述储能驱动电源模块的第一端与所述母线连接，所述储能驱动电源模块的第二端与所述储能变压模块的第三端连接；

所述母线设置有常开开关，所述充电支路设置有常闭开关，所述充电支路的第一端与所述光伏变压模块的第二端连接，所述充电支路的第二端与所述储能模块连接。

2.根据权利要求1所述的光伏储能变流器充放电控制电路，其特征在于，所述母线上的所述常开开关与所述充电支路上的所述常闭开关被配置为不同时闭合。

3.根据权利要求2所述的光伏储能变流器充放电控制电路，其特征在于，所述储能模块包括电池单元和储能控制单元，所述电池单元与所述储能变压模块的第二端以及所述充电支路的第二端连接，所述储能控制单元与所述常开开关连接，所述储能控制单元用于在所述光伏变压模块的输出电压大于或等于第一预设电压时，控制所述常开开关闭合。

4.根据权利要求3所述的光伏储能变流器充放电控制电路，其特征在于，所述储能控制单元与所述常闭开关连接，所述储能控制单元用于在所述光伏变压模块的输出电压大于或等于第一预设电压时，控制所述常闭开关断开。

5.根据权利要求3所述的光伏储能变流器充放电控制电路，其特征在于，所述母线还用于连接负载，所述储能控制单元用于在所述储能模块向所述负载供电时，控制所述常闭开关断开，控制所述常开开关闭合。

6.根据权利要求3所述的光伏储能变流器充放电控制电路，其特征在于，所述光伏变压模块包括光伏控制单元，所述光伏控制单元与所述常闭开关连接，所述光伏控制单元用于在所述光伏板的输出电压大于或等于第二预设电压时，控制所述常闭开关断开。

7.根据权利要求3所述的光伏储能变流器充放电控制电路，其特征在于，所述储能控制单元与所述常开开关以及所述常闭开关连接，所述储能控制单元用于在所述光伏变压模块的输出电压小于所述第一预设电压时停止工作，以使得所述常开开关保持断开，所述常闭开关保持闭合。

8.根据权利要求6所述的光伏储能变流器充放电控制电路，其特征在于，所述常闭开关的数量为两个，所述储能控制单元用于控制其中一个所述常闭开关断开，所述光伏控制单元用于控制其中另外一个所述常闭开关断开。

9.根据权利要求1所述的光伏储能变流器充放电控制电路，其特征在于，所述光伏变压模块包括光伏控制单元，所述光伏控制单元分别与所述常开开关以及所述常闭开关连接，所述光伏控制单元用于在所述光伏板的输出电压大于或等于第二预设电压时，控制所述常闭开关断开，且控制所述常开开关闭合。

10.一种光伏设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项中所述的光伏储能变流器充放电控制电路。

Images