CN202772654U - 一种光伏发电与市政电网无逆流互补应用的控制器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种光伏发电与市政电网无逆流互补应用的控制装置，属于可再生能源发电应用的技术领域。本实用新型通过控制整体太阳能电池板的输出功率从而实现控制输出功率，保证太阳能电池板的均衡输出，并且光伏发电与市政电力是通过交流联网共同向负载供电。本实用新型实现了太阳能发的电“就地使用，高效、优先的使用”的目标；控制器对市政电网中的电能质量实施无逆流控制，防止太阳能发的电能流向市政电网。

Description

一种光伏发电与市政电网无逆流互补应用的控制器
技术领域
本实用新型涉及一种光伏发电与市政电网无逆流互补应用的控制装置，属于可再生能源发电应用的技术领域。
背景技术
无逆流互补就是以光伏发电和市政电力联网共同向负载供电，而且在供电时，光伏发电不会流向市政电力，只有当光伏发电不能满足负载的功耗时，市政电力作为补充供应，这种供电方式的主要特征是：（1）控制器中不包含蓄电池等储能装置，保证光伏发电就地使用；（2）光伏发电的使用，不会对市政电力的正常供电产生任何影响；（3）光伏发电不向市政电力提供能量，保证防止光伏发电向市政电力的功率流动；（4）光伏发电作为优先电源，市政电力作为补充电源，保证光伏发电高效、优先的使用。
中国发明专利《一种零逆流共网控制装置的控制单元》（申请号：CN200910220630.9）公开了零逆流共网控制装置的控制单元，该专利中的控制装置连接了n路的可再生直流电力（光电、风电等），然后由汇流箱“一点式”并入市政电网，当负载功率变化时，通过开通和关断太阳能电池板的数量来调节与负载功率匹配。
中国发明专利《太阳能光伏与市电联合供电系统及其控制方法》（申请号：CN201010263033.7）公开了太阳能光伏与市电联合供电系统及其控制方法，该专利中的供电系统采用直流共网，将单相市电通过PFC变换器整为直流之后与太阳能汇流，然后经过逆变器转换为交流供负载使用。
本实用新型设计的光伏发电与市政电力无逆流互补应用的控制器，既不涉及到通过开通和关断太阳能板的数量来改变输出功率，也不是在直流测汇流之后共网，而是通过控制整体太阳能电池板的输出功率从而实现控制输出功率，保证太阳能电池板的均衡输出，并且光伏发电与市政电力是通过交流联网共同向负载供电，本实用新型的示意图如图1所示。
发明内容
针对背景技术的不足，本实用新型设计一种控制器，由光伏发电与市政电力联网共同向负载供电，通过改变控制方法来调节两者输出功率的分配，以满足负载的功耗，同时保证优先电源光伏发电的向负载以最大功率输出，差额部分由补充电源市政电力来提供，而且光伏发电不会向市政电力发生功率流动。光伏发电这种方式由于没有储能装置因而不会产生二次污染，更不会对市政电力的电能质量产生谐波危害。
本实用新型的技术方案如下：一种光伏发电与市政电力无逆流互补应用的控制器，该控制器与负载和市政电网相连，包括直流控制单元、交流控制单元、防逆流控制单元和采样检测单元；
直流控制单元、交流控制单元和负载顺序相连，市政电网相连、防逆流控制单元和负载顺序相连；
采样检测单元与市政电网相连和交流控制单元相互连，用于检测光伏发电的输出电压电流的频率、相位和幅值和市政供电的电量电压电流的频率、相位和幅值；
其特征在于：包括主控单元，所述主控单元与采样检测单元、交流控制单元相连接；
主控单元用于采集采样检测单元的信号，比较太阳能端和市政电网端的电压电流的幅值、频率和相位，控制光伏发电与市政电力的供电。
其有益效果是：该控制器中不包含蓄电池等储能装置，太阳能发的电能作为优先电源，而市政电网中的电能作为补充电源，实现使太阳能发的电“就地使用，高效、优先的使用”的目标；控制器对市政电网中的电能质量实施无逆流控制，防止太阳能发的电能流向市政电网。
如上所述的光伏发电与市政电力无逆流互补应用的控制器，其特征在于：所述交流控制单元包括DC/AC逆变电路，主控单元可以根据采样检测单元的信号控制DC/AC逆变电路输出。其有益效果是：主控单元可根据检测到的信号，经过一定的算法处理后，控制DC/AC逆变电路，进而DC/AC控制逆变电路输出的交流电流为稳定地，高品质的正弦波，且与电网电压同频同相。
如上所述的光伏发电与市政电力无逆流互补应用的控制器，其特征在于：所述防逆流控制单元采用开关电路。其有益效果是：当采样检测单元检测到光伏发电的能量向市政电力逆向流动，或者当检测到光伏发电能完全满足负载的功耗时，主控单元会关断开关电路，不需要市政电力向负载提供能量。
附图说明
图1为控制器工作的示意图；
图2为控制器的内部结构；
图3为控制器工作的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的研究思路作进一步说明：
一种光伏发电与市政电力无逆流互补应用的控制器，包括直流控制单元、交流控制单元、防逆流控制单元、主控单元和采样检测单元，其结构图如图2所示。
直流控制单元的DC/DC升压电路和驱动电路均采用三菱公司的智能功率模块（IPM）PM15RSH120，将太阳能电池板最大功率跟踪（MPPT），通过脉宽调制(PWM)控制法实现，它保证了在任何大气环境以及负载变化情况下，太阳能电池板都可以工作在最大功率点。
交流控制单元的DC/AC逆变的主电路和驱动电路均采用三菱公司的智能功率模块（IPM）PM75CL1A120。它的开关频率可达到20kHz，集成的控制电路提供了驱动电路，IGBT和反向二极管的保护电路。DC/AC逆变电路对主控单元输出的PWM信号进行功率放大，以驱动逆变桥电路正常工作，将太阳能电池板的直流电压经过DC/AC逆变转换成比市电略高，频率、相位一致的380V三相交流电或者220V单相交流电，并且在异常情况下能进行自我保护。
防逆流控制单元中主要是开关电路，当采样检测单元检测到光伏发电的能量向市政电力逆向流动，或者当检测到光伏发电能完全满足负载的功耗时，主控单元的DSP会关断开关电路，不需要市政电力向负载提供能量。
主控单元的设计是整个设计任务的重点和难点部分，经反复比较，在设计中主控单元采用的是TI公司的DSP(TMS320F28335)芯片。主控单元负责完成的主要任务是：①检测相应的信号，经过一定的算法处理后，输出控制信号，以控制DC/AC 逆变电路；②完成锁相功能，控制逆变电路输出的交流电流为稳定地，高品质的正弦波，且与电网电压同频同相；③比较太阳能端和市政电网端的电压电流的幅值、频率和相位，控制何时供电。
采样检测单元：为了完善系统控制，就必须对系统各部分运行状态进行全面的检测，并对各种控制量进行及时的采样。系统中需要采样检测的信号较多，其中包括：①太阳能经过逆变单元之后输出的电压电流幅值、频率采样及相位检测；②市政电网的电压电流幅值、频率采样及相位检测。这个采样检测单元的主要功能是收集相关采样或检测信息，当系统正常运行，为系统提供各种正确参数或指标；当系统发生故障时，帮助主控单元进行故障定位及自诊断。
光伏发电与市政电力无逆流互补应用控制器的工作流程按以下步骤执行，流程图如图3所示： 
第一步，控制单元接收来自采样检测模块的检测参数，包括:①太阳能发出的电压电流的频率、相位和幅值；②市政供电的电量电压电流的频率、相位和幅值。
第二步，将采样参数传送到主控制单元。
第三步，主控单元将采样的数据不断进行比较，当得出的光伏发电功率能满足负载功耗时，向执行控制单元发出保护动作指令，切断市政电力，不进行第四步操作，循环进行第一步和第二步操作。
第四步，当主控单元得出的太阳能发电功率小于用电量功率时，检测太阳能发电功率是否能满足该控制器工作所需要的功耗 Pn。如果太阳能发电量不小于Pn，说明太阳能电池板可以向负载提供一定能量，此时太阳能与市政电力联网共同向负载供电；如果太阳能发电量小于Pn，说明太阳能电池板不能向负载提供能量了，此时向执行单元发出保护动作指令，切断太阳能电池板供电，负载所需要的功率全部由市政电力供应。
步骤五，不断执行以上操作步骤。
本实用新型设计的光伏发电与市政电力无逆流互补应用的控制器，需要实现以下功能：
（1）光伏发电与市政电力共同向负载供电:①当光伏发电功率大于负载功率时,不需要市政电力提供功率,此时,控制器将市政电力的功率分配为零，负载所需功耗全部由光伏发电提供；②当光伏发电功率小于负载功率时，太阳能电池板以最大功率输出，负载功耗的差额由市政电网提供；③当光伏发电功率小于某一定值时，太阳能电池板将被系统自动关闭，市政电力提供负载所需要的全部功率。也就是在整个供电过程中，太阳能发电功率是全部供给负载，负载所需要的差额部分由市政电力补充。
（2）系统中不包含蓄电池等储能装置，太阳能发的电能作为优先电源，而市政电网中的电能作为补充电源，实现使太阳能发的电“就地使用，高效、优先的使用”的目标。
（3）系统对市政电网中的电能质量实施无逆流控制，防止太阳能发的电能流向市政电网。
应用实例：
现在以一居户为例进行本实用新型的分析，家里常年有电冰箱、热水器、电视机等家用电器，特别是在炎炎夏日，还有空调的使用。即使这一居户安装有太阳能热水器，也只能供烧水之用。如果这一居户安装有本实用新型的光伏发电与市政电力无逆流互补应用的控制器之后，将控制器接入户内供电，那么家用电器可以优先使用太阳能电池板的电能，如果电器设备功耗较大，太阳能电池板不能提供这些家用电器的全部功耗，差额部分由市政电网提供，那么这一居户可以节约大量电费开支。范围再大一点，如果在一个小区内，物业公司在建筑楼顶安装大量太阳能电池板，作为这个小区的优先电源，在小区的配电中心安装一个控制器，由于不同业主在家中用电分散，可以使太阳能的利用率更高，物业公司可以节省不少电费开支。这也充分体现了开发利用新能源的目标。
在本实用新型发明中，也可将风力发电、生物质能源发电等其他形式的可再生能源代替光伏发电。

Claims (3)

1.一种光伏发电与市政电网无逆流互补应用的控制器，该控制器与负载和市政电网相连，包括直流控制单元、交流控制单元、防逆流控制单元和采样检测单元；直流控制单元、交流控制单元和负载顺序相连，市政电网相连、防逆流控制单元和负载顺序相连；采样检测单元与市政电网相连和交流控制单元相互连，用于检测光伏发电的输出电压电流的频率、相位和幅值和市政供电的电量电压电流的频率、相位和幅值；
其特征在于：包括主控单元，所述主控单元与采样检测单元、交流控制单元相连接；主控单元用于采集采样检测单元的信号，比较太阳能端和市政电网端的电压电流的幅值、频率和相位，控制光伏发电与市政电力的供电。
2.如权利要求1所述的光伏发电与市政电网无逆流互补应用的控制器，其特征在于：所述交流控制单元包括DC/AC逆变电路，主控单元可以根据采样检测单元的信号控制DC/AC逆变电路输出。
3.如权利要求1或2所述的光伏发电与市政电网无逆流互补应用的控制器，其特征在于：所述防逆流控制单元采用开关电路。
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