CN116169770A - 一种双向ups光伏系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双向UPS光伏系统，包括光伏阵列、UPS电源、单向DC‑DC变换器、双向DC‑DC变换器、逆变器、旁路开关、旁路静态开关、电网和交流负载。相比起现有的传统方案，本发明通过MPPT控制的单向DC‑DC电路交互，UPS电源与双闭环控制的双向DC‑DC电路交互，MPPT控制的单向DC‑DC电路、双闭环控制的双向DC‑DC电路均与逆变器交互，DC‑AC逆变器与负载交互；MPPT控制保证光伏电池的最大功率输出，本发明能有效解决现有技术中电网高峰期供电不足的问题，保证家电的正常工作，以UPS电源为主要电源实现稳定工作，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种双向UPS光伏系统。
背景技术
随着工业技术水平的不断提高，对用电要求也越来越高，在某些场合需要每天24h不间断供电，如工厂、安保系统；万一断电所造成的经济损失是不可预估的，甚至长时间断电或短暂的电压不住也会造成难以想象的后果。
因此，如何设计出一种可以时刻维持电能的供需关系的系统以应对用电高峰和用电低谷是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，针对上诉缺点本发明做出了以下的改进和优化。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
提供了一种双向UPS光伏系统，包括光伏阵列、UPS电源、单向DC-DC变换器、双向DC-DC变换器、逆变器、电网、旁路开关、旁路静态开关和交流负载；
所述光伏阵列与单向DC-DC变换器连接；所述单向DC-DC变换器与逆变器连接；所述电网与UPS电源双向连接，所述电网还与旁路开关连接；所述UPS电源与双向DC-DC变换器连接；所述双向DC-DC变换器与逆变器连接，所述逆变器与交流负载连接，所述旁路开关与旁路静态开关连接，所述旁路静态开关与交流负载连接。
优选的，所述旁路开关用于控制电网给交流负载供电。
优选的，所述双向DC-DC变换器包括变压器、桥臂、支撑电容和电感；所述变压器两端各连接有2个桥臂，2个桥臂的两端共同连接有支撑电容，所述电感的一端电连接有2个桥臂。
优选的，所述逆变器用于将所接受到的直流电逆变为交流电并传输至交流负载。
优选的，所述UPS电源用于将双向DC-DC变换器传输的电能转化为化学能进行储存；或在电网供电电压小于预设阈值将其储存的电能传输至电网；或在断电时给交流负载提供用电。
优选的，所述旁路开关包括采集电路，所述采集电路用于检测当前电网供电电压是否小于预设阈值，当当前电网供电电压小于预设阈值时通过双向DC-DC变换器使用UPS电源的电能给负载进行供电。
更优的，所述采集电路包括依次连接的AD/DC耦合模块、电压采集模块、程控增益模块、低通滤波器和ADC级输入驱动；所述电压采集模块包括电压采集电路。
优选的，所述双向DC-DC变换器通过MPPT控制器生成不同占空比的PWM信号完成电信号的双向流动。
本发明提供了一种双向UPS光伏系统，通过单向DC-DC变换器与双向DC-DC变换器，实现两种不同用电方式，在保证了用电效率同时，通过UPS电源能保证供电可靠、环保节能的同时构建清洁智能的储存式应急电源系统，能满足多种工况下的供电需求；且本系统能够在用电高峰期，通过UPS电源为电网供电，反馈电网缓解用电压力；通过高精度的采集电路，更加方便测得电网的输入电压是否满足供电需求，以便本系统更快速转换供电方式，将造成的停电损失降到最小。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明双向UPS光伏系统的框架示意图；
图2为本发明采集电路的电压采集通道结构框图；
图3为本发明电压采样电路的电路示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对一种双向UPS光伏系统作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在一实施例中，提供了一种双向UPS光伏系统，如图1所示，提供了一种双向UPS光伏系统，包括光伏阵列、UPS电源、单向DC-DC变换器、双向DC-DC变换器、逆变器、电网、旁路开关、旁路静态开关和交流负载；
所述光伏阵列与单向DC-DC变换器连接；所述单向DC-DC变换器与逆变器连接；所述电网与UPS电源双向连接，所述电网还与旁路开关连接；所述UPS电源与双向DC-DC变换器连接；所述双向DC-DC变换器与逆变器连接，所述逆变器与交流负载连接，所述旁路开关与旁路静态开关连接，所述旁路静态开关与交流负载连接。
优选的，所述旁路开关用于控制电网给交流负载供电。
优选的，所述双向DC-DC变换器包括变压器、桥臂、支撑电容和电感；所述变压器两端各连接有2个桥臂，2个桥臂的两端共同连接有支撑电容，所述电感的一端电连接有2个桥臂。
每个桥臂包括一个MOS管，通过MPPT控制器生成不同占空比的PWM信号控制其开关时间，形成电信号的双向流动。如图2所示，在本实施例提供的光伏发电系统中，通过单向DC-DC变换器单向提供日常供电，或通过UPS电源用于保障日常供电的功率平稳性，当用电高峰来临时，需要增大光伏阵列的发电量，可以在双向DC/DC变换器处接入至少一个或者光伏组件，提高光伏阵列的输出功率；当用电低谷来临时，可以在通过双向DC/DC变换器接入UPS电源，存储多余的电能，从而可以灵活配置光伏阵列和储能装置以应对用电高峰和用电低谷，此外，由于无需将光伏逆变器中的DC/DC变换器替换为更大功率的DC/DC变换器，从而减小了改造光伏电网的成本；
优选的，所述逆变器用于将所接受到的直流电逆变为交流电并传输至交流负载。
优选的，所述UPS电源用于将双向DC-DC变换器传输的电能转化为化学能进行储存；或在电网供电电压小于预设阈值将其储存的电能传输至电网；或在断电时给交流负载提供用电。
优选的，所述旁路开关包括采集电路，所述采集电路用于检测当前电网供电电压是否小于预设阈值，当当前电网供电电压小于预设阈值时通过双向DC-DC变换器使用UPS电源的电能给负载进行供电。
更优的，所述采集电路包括依次连接的AD/DC耦合模块、电压采集模块、程控增益模块、低通滤波器和ADC级输入驱动；所述电压采集模块包括电压采集电路。
如图2所示，为采集电路的电压采集通道结构框图，电压采集通道的功能是对电网输入的直流电源进行输出的电压进行采集，并将采集到的信号调理到满足高速ADC输入范围的电压信号，经过滤波后输入到ADC进行采样量化，在电压采集通道信号输入最前端，设计一个AC/DC耦合切换电路，便于用户测量直流电源的输出纹波、瞬态变化等交流分量。
其中，电压采集电路的电路图如图3所示，包括两两连接的输入端电路、控制端电路和输出端电路，所述输入端电路包括输入端子K1，3#和6#引脚接入输入电压，2#和7#引脚之间串联有电阻R2和电阻R4，4#和5#引脚之间串联有电阻R3和电阻R5，电阻R2和电阻R4之间与电阻R3和电阻R5接入放大器U1A输入端，再接入放大器U1B正相输入端后，放大器U1B分别反向输入端与控制端电路的初级控制信号器3#引脚连接，放大器U1B输出端与输出端电路连接；控制端电路包括初级控制信号器和电阻R8～R16，电阻R8～R16首尾串联并两两与初级控制信号器的X0～X7号引脚连接。
输出端电路包括4个放大器，经过放大器U3A和放大器U3B放大后输出放大VOut，
电压信号由端子J1，J2输入，经过由地址信号A0，A1，A2及初级控制信号V_PC所组成的量程控制信号进行自动量程控制后，进入精密整流电路与相位检测电路，最终电压波形信号由VOut端子进行输出，相位信号由PhaseOut端子进行输出。形成一个电压采集的电路可增益的采集电路；电路增益为初级电压适配电路增益。该电路相比于全桥整流，精密整流电路克服了由二极管开启时电压的存在而产生的交越失真从而保证了小信号处理过程中的信号质量，达到了更高的采集精度。该电路在在供电电压过小的时候，该电路无法正常工作，便可直接通过UPS电源直接向交流负载供电。
优选的，所述双向DC-DC变换器通过MPPT控制器生成不同占空比的PWM信号完成电信号的双向流动。
在一种可行方案中，电网负载正常时，通过旁路开关和旁路静态开关，直接向交流负载供电，且在用电允许情况下(用电低谷期)，电网直接向UPS电源充电，同时光伏阵列产生的电能还能通过单向DC-DC变换器直接给负载的部分设备进行供电，在自身用电量低谷时，光伏阵列产生的电能通过双向DC-DC变换器也能够对UPS电池进行充电；在用电高峰来临时(通过旁路开关中的采集电路，测得电网的输入电压小于设定阈值)可通过UPS电源储能向自身负载供电，或在自身无需过多用电量时且UPS电源容量大时，通过UPS电源往电网输送电能，缓解社会供电压力。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种双向UPS光伏系统，其特征在于，包括光伏阵列、UPS电源、单向DC-DC变换器、双向DC-DC变换器、逆变器、电网、旁路开关、旁路静态开关和交流负载；
所述光伏阵列与单向DC-DC变换器连接；所述单向DC-DC变换器与逆变器连接；所述电网与UPS电源双向连接，所述电网还与旁路开关连接；所述UPS电源与双向DC-DC变换器连接；所述双向DC-DC变换器与逆变器连接，所述逆变器与交流负载连接，所述旁路开关与旁路静态开关连接，所述旁路静态开关与交流负载连接。
2.根据权利要求1所述的一种双向UPS光伏系统，其特征在于，所述旁路开关用于控制电网给交流负载供电。
3.根据权利要求1所述的一种双向UPS光伏系统，其特征在于，所述双向DC-DC变换器包括变压器、桥臂、支撑电容和电感；所述变压器两端各连接有2个桥臂，2个桥臂的两端共同连接有支撑电容，所述电感的一端电连接有2个桥臂。
4.根据权利要求1所述的一种双向UPS光伏系统，其特征在于，所述逆变器用于将所接受到的直流电逆变为交流电并传输至交流负载。
5.根据权利要求1所述的一种双向UPS光伏系统，其特征在于，所述UPS电源用于将双向DC-DC变换器传输的电能转化为化学能进行储存；或在电网供电电压小于预设阈值将其储存的电能传输至电网；或在断电时给交流负载提供用电。
6.根据权利要求1所述的一种双向UPS光伏系统，其特征在于，所述旁路开关包括采集电路，所述采集电路用于检测当前电网供电电压是否小于预设阈值，当当前电网供电电压小于预设阈值时通过双向DC-DC变换器使用UPS电源的电能给负载进行供电。
7.根据权利要求6所述的一种双向UPS光伏系统，其特征在于，所述采集电路包括依次连接的AD/DC耦合模块、电压采集模块、程控增益模块、低通滤波器和ADC级输入驱动；所述电压采集模块包括电压采集电路。
8.根据权利要求1所述的一种双向UPS光伏系统，其特征在于，所述双向DC-DC变换器通过MPPT控制器生成不同占空比的PWM信号完成电信号的双向流动。
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