CN203632572U - 变流器和光伏发用电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变流器和光伏发用电系统。其中，变流器包括：升压模块，用于连接太阳能电池阵列；整流逆变并网模块，用于连接公用电网；变流器直流母线，连接在升压模块与整流逆变并网模块之间，其中，变流器直流母线上具有母线接口，用于连接用电负载的负载直流母线；以及控制器，与升压模块和整流逆变并网模块均相连接，用于通过升压模块控制太阳能电池阵列的输出功率，并控制整流逆变并网模块处于逆变状态或整流状态。通过本实用新型，解决了现有技术中光伏发用电系统能量流动方向单一的问题，实现了控制能量在变流器和电网之间的双向流动，并达到了保证用电负载在电网断电情况下正常运行的效果。

Description

变流器和光伏发用电系统

技术领域

本实用新型涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种变流器和光伏发用电系统。

背景技术

图1是现有技术中光伏发用电系统的示意图，如图1所示，整个系统主要包括太阳能电池阵列10、光伏逆变器20’、公用电网30和用电负载40，其中，光伏逆变器20’一般包括斩波模块（即，DC/DC模块）21、逆变并网模块22,、连接斩波模块21和逆变并网模块22的逆变器直流母线23’和控制器24。此种结构的光伏发用电系统的特点是：

a)其功能是把太阳能电池阵列产生的直流电逆变回到公用电网，用电负载再就近从电网取电，用电负载包括空调、冰箱、仪器等各种各样的用电设备。

b)光伏逆变器中的DC/DC模块，也即直流电变直流电模块，主要实现对太阳能电池阵列的最大功率追踪（MPPT）；DC/AC逆变并网模块，也即直流电变交流电模块，把从太阳能电池阵列输出的能量逆变回公用电网；控制器，主要产生DC/DC模块和DC/AC逆变并网模块的PWM控制信号。

此种光伏发用电系统存在以下缺点：

1）能量流动方向单一。能量只能经光伏逆变器流入电网，不能从电网流入光伏逆变器。

2）使用此光伏逆变器的太阳能用电系统效率较低。太阳能电池阵列发电的目的主要提供给用电负载系统使用，而其发的电先是经过DC/AC逆变并网模块逆变回电网，增加了逆变损耗。再者，用电负载从公共电网取电，需要经AC/DC模块整流成直流电，从而增加了整流损耗，加之，能量在电网中流动时因导线发热增加了发热损耗。

3）光伏逆变器无法直接接用电负载。由于太阳能电池阵列的瞬间输出功率受气候影响较大，当输出功率出现瞬间跌落时，会导致用电负载出现器件烧坏或各种异常保护。

4）公用电网断电情况下，用电负载无法运行。如果公用电网断电，光伏逆变器必须切断其与公用电网的连接，否则从太阳能电池板输入的电能，经光伏逆变器逆变回电网后会造成触电的安全隐患。因此，用电负载也无法得电运行。

5）用电负载从公共电网取电的是交流电，其按50/60HZ频率变化，方向有正负之分，快速变化的交流电会带来电磁干扰（辐射、传导）等问题，对其本身和其它的用电设备的工作性能带来一定的影响。

针对相关技术中光伏发用电系统能量流动方向单一的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种变流器和光伏发用电系统，以解决现有技术中光伏发用电系统能量流动方向单一的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的第一方面，提供了一种变流器。

根据本实用新型的变流器包括：升压模块，用于连接太阳能电池阵列；整流逆变并网模块，用于连接公用电网；变流器直流母线，连接在升压模块与整流逆变并网模块之间，其中，变流器直流母线上具有母线接口，用于连接用电负载的负载直流母线；以及控制器，与升压模块和整流逆变并网模块均相连接，用于通过升压模块控制太阳能电池阵列的输出功率，并控制整流逆变并网模块处于逆变状态或整流状态。

进一步地，变流器还包括：供电模块，输入端连接至变流器直流母线，输出端与升压模块和整流逆变并网模块均相连接。

进一步地，变流器还包括：检测电路，与变流器直流母线、负载直流母线均相连接，用于检测太阳能电池阵列的输出功率和用电负载的消耗功率，其中，控制器与检测电路相连接，用于根据输出功率和消耗功率的大小，控制整流逆变并网模块处于逆变状态或整流状态。

进一步地，整流逆变并网模块包括智能功率模块IPM，控制器包括：第一加法器，正相输入端接收变流器直流母线的电压参考值，反相输入端接收变流器直流母线的实时电压值；第一调节器，输入端与第一加法器的输出端相连接，用于对电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分微分调节，得到功率参考值；第一乘法器，第一输入端与第一调节器的输出端相连接，第二输入端用于接收来自公用电网的实时相电压值，用于将功率参考值与实时相电压值进行处理，得到相电流参考值；第二加法器，正相输入端与第一乘法器的输出端相连接，反相输入端接收来自公用电网的实时相电流值；第二调节器，输入端与第二加法器的输出端相连接，用于将相电流参考值与实时相电流值的差值进行比例积分微分调节；第三加法器，第一正相输入端与第二调节器的输出端相连接，第二正相输入端用于接收实时相电压值；变换器，与第三加法器的输出端相连接，用于对第三加法器的输出结果进行变换，得到实时相电压的相电压参考值；以及第一比较器，第一输入端与变换器的输出端相连接，第二输入端用于接收预设载波，输出端与智能功率模块IPM相连接，用于产生智能功率模块IPM的控制信号。

进一步地，整流逆变并网模块包括智能功率模块IPM，控制器包括：第四加法器，正相输入端接收变流器直流母线的电压参考值，反相输入端接收变流器直流母线的实时电压值；第三调节器，输入端与第四加法器的输出端相连接，用于对电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分调节，得到功率参考值；第二乘法器，第一输入端接收输出功率和消耗功率的差值，第二输入端与第三调节器的输出端相连接，第三输入端接收来自公用电网的实时相电压值，用于输出相电流参考值；第五加法器，正相输入端与第二乘法器的输出端相连接，反相输入端接收来自公用电网的实时相电流值；第四调节器，与第五加法器的输出端相连接，用于将相电流参考值与实时相电流值的差值进行比例积分调节；以及第二比较器，第一输入端与第四调节器的输出端相连接，第二输入端用于接收预设载波，输出端与智能功率模块IPM相连接，用于产生智能功率模块IPM的控制信号。

进一步地，升压模块包括功率开关器件，其中，控制器通过控制功率开关器件的导通或关断时长，控制太阳能电池阵列的输出功率。

进一步地，变流器还包括：第一滤波器，连接在太阳能电池阵列与升压模块之间；和/或第二滤波器，连接在公用电网与整流逆变并网模块之间。

进一步地，第一滤波器为EMI滤波器，第二滤波器为LCL滤波器。

进一步地，变流器还包括：冷却模块，用于对变流器进行散热。

为了实现上述目的，根据本实用新型的第二方面，提供了一种光伏发用电系统。

根据本实用新型的光伏发用电系统包括：太阳能电池阵列；变流器，连接在太阳能电池阵列与公用电网之间，并具有变流器直流母线、通过变流器直流母线相连接的升压模块和整流逆变并网模块、以及与升压模块和整流逆变并网模块均相连接的控制器，其中，控制器用于通过升压模块调节太阳能电池阵列的输出功率，并控制整流逆变并网模块处于逆变状态或整流状态；负载直流母线，连接至变流器直流母线；以及用电负载，与负载直流母线相连接。

进一步地，光伏发用电系统还包括：汇流单元，连接在太阳能电池阵列与变流器之间。

进一步地，变流器包括断电检测模块，其中，在断电检测模块检测出公用电网断电的情况下，变流器切断与公用电网之间的连接。

进一步地，变流器的数量为多个，多个变流器包括主变流器和从变流器，主变流器与从变流器通过CAN总线连接，并均与控制器相连接。

本实用新型采用具有以下结构的变流器：升压模块，用于连接太阳能电池阵列；整流逆变并网模块，用于连接公用电网；变流器直流母线，连接在升压模块与整流逆变并网模块之间；以及控制器，与升压模块和整流逆变并网模块均相连接，用于通过升压模块控制太阳能电池阵列的输出功率，并控制整流逆变并网模块处于逆变状态或整流状态。通过本实用新型，解决了现有技术中光伏发用电系统能量流动方向单一的问题，实现了控制能量在变流器和电网之间的双向流动，并达到了保证用电负载在电网断电情况下正常运行的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的光伏发用电系统的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的变流器的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的变流器中整流逆变并网模块的电路图；

图4是对图3中的整流逆变并网模块进行全控整流双闭环控制的示意图；

图5是对图3中的整流逆变并网模块进行逆变并网双环控制的示意图；

图6是根据本实用新型实施例的变流器中供电模块的拓扑图；

图7是根据本实用新型优选实施例的变流器的结构示意图；

图8是根据本实用新型实施例的变流器中升压模块的电路图；

图9是根据本实用新型优选实施例的光伏发用电系统的结构示意图；

图10是根据本实用新型优选实施例的光伏发用电系统中冷却模块210采用风冷冷却方式对变流器进行散热的示意图；

图11是根据本实用新型实施例的光伏发用电系统的示意图；

图12是根据本实用新型优选实施例的光伏发用电系统中多个变流器并联的示意图；

图13是根据本实用新型实施例的光伏发用电系统的控制方法的流程图；

图14是根据本实用新型实施例的光伏发用电系统的控制方法，太阳能电池阵列输出特性的曲线示意图；以及

图15是根据本实用新型实施例的光伏发用电系统的控制方法，对太阳能电池阵列进行双闭环控制的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种变流器，以下对本实用新型实施例所提供的变流器进行具体介绍：

图2是根据本实用新型实施例的变流器的结构示意图，如图2所示，该变流器20主要包括变流器直流母线23、通过变流器直流母线23相连接的升压模块25和整流逆变并网模块26、以及与升压模块25和整流逆变并网模块26均相连接的控制器24，其中，升压模块25用于连接太阳能电池阵列，整流逆变并网模块26用于连接公用电网，升压模块25可以是BOOST升压模块，控制器24用于通过升压模块25调节太阳能电池阵列的输出功率，并控制整流逆变并网模块26处于逆变状态或整流状态，变流器直流母线23上具有母线接口，用电负载40的负载直流母线50通过母线接口连接至变流器直流母线23。

本实用新型实施例所提供的变流器，通过设置整流逆变并网模块26，当太阳能电池阵列的输出功率，小于用电负载40的消耗功率时，全部太阳能功率用于用电负载40的消耗，并且控制器24控制整流逆变并网模块26工作于整流状态，以使不足能量部分通过变流器20从公用电网补足。当太阳能电池阵列不发电时，控制器24控制整流逆变并网模块26工作于整流状态，用电负载40全部使用公用电网电源。当太阳能电池阵列的输出功率，等于用电负载40的消耗功率时，全部太阳能功率用于用电负载40的消耗。当太阳能电池阵列的输出功率，大于用电负载40的消耗功率时，部分太阳能功率用于满足用电负载40的全部消耗，控制器24控制整流逆变并网模块26工作于逆变状态，使得太阳能功率的多余部分由变流器20逆变回公用电网。并且，由于用电负载40直接通过负载直流母线50，连接至变流器直流母线23，这样，在公用电网断电的情况下，用电负载40能够通过变流器直流母线23获得能量，实现用电负载在电网断电的情况下仍然能够正常运行。

从以上描述可以看出，本实用新型实施例所提供的变流器，解决了现有技术中光伏发用电系统能量流动方向单一的问题，实现了控制能量在变流器和电网之间的双向流动，并达到了保证用电负载在电网断电情况下正常运行的效果。

图3是整流逆变并网模块26的具体电路图，如图3所示，整流逆变并网模块26为整流逆变双向电路，主要包括智能功率模块（Intelligent Power Module，简称IPM）、储能电感和滤波电感L1、L2和L3、储能电容C1和C2、均压电阻R1和R2等，其中，SI为进行电流检测的电流传感器，智能功率模块（IPM）为一个三相全桥功率器件，分为六个单元，每个单元由绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）和二极管并联组合而成。它主要有两种工作模式：整流和逆变，由控制器24来决定，智能功率模块（IPM）的控制信号PWM1-PWM6由控制器24产生。

当图3电路工作于全控整流模式时，能量由电网流入光伏变流器。其电路结构为三路的升压电路，工作原理是：以R相为例，当IGBT Q2导通时，电流从R相经储能电感L1，流入Q2，流经D4或者D6，到达S相或T相和其储能电感L2或L3，在Q2导通期间，储能电感L1电流上升，储存能量；当Q2关断时，储存在储能电感L1的能量经二极管D1流入到变流器直流母线上的电容，从而实现能量由电网流入光伏变流器。

在全控整流模式下，必须实时调节三相相电流Ix(x=r、s、t)的波形相位跟随相电压Vx(x=r、s、t)的波形相位，从而提高功率因数，减少谐波成分和含量。其控制方法采用双闭环控制，外环是电压环，主要控制变流器直流母线电压为固定值VDC_REF；内环是电流环，其参考值Ir_REF由电压外环经PID控制输出的功率参考值及实际相电压Vx(x=r、s、t)经过乘法器后得到，电流参考值和实际检测值的差值进行PID控制，其输出结果与实际相电压Vx(x=r、s、t)相加后经过变换后得到各相相电压的参考值VPWM_X(x=r、s、t)，然后采用SPWM调制方法，将VPWM_X(x=r、s、t)与三角载波作比较，产生控制IGBT的PWM信号。对于每一相而言，上下桥臂IGBT的PWM信号是互补的，即不能同时导通。以R相为例，控制器24通过图4中示出的具体结构对上述全控整流模式进行双闭环控制，如图4所示，控制器24主要包括第一加法器2401、第一调节器2402、第一乘法器2403、第二加法器2404、第二调节器2405、第三加法器2406、变换器2407和第一比较器2408，具体地：

第一加法器2401的正相输入端接收变流器直流母线23的电压参考值，反相输入端接收变流器直流母线23的实时电压值。第一调节器2402的输入端与第一加法器2401的输出端相连接，用于对电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分微分调节，得到功率参考值。第一乘法器2403的第一输入端与第一调节器2402的输出端相连接，第二输入端用于接收来自公用电网的实时相电压值，用于将功率参考值与实时相电压值进行处理，得到相电流参考值。第二加法器2404的正相输入端与第一乘法器2403的输出端相连接，反相输入端接收来自公用电网的实时相电流值。第二调节器2405的输入端与第二加法器2404的输出端相连接，用于将相电流参考值与实时相电流值的差值进行比例积分微分调节。第三加法器2406的第一正相输入端与第二调节器2405的输出端相连接，第二正相输入端用于接收实时相电压值。变换器2407与第三加法器2406的输出端相连接，用于对第三加法器2406的输出结果进行变换，得到实时相电压的相电压参考值。第一比较器2408的第一输入端与变换器2407的输出端相连接，第二输入端用于接收预设载波，输出端与智能功率模块IPM相连接，用于产生智能功率模块IPM的控制信号。

当图3电路工作于逆变并网模式时，能量由变流器流入电网。其工作原理是：由于变流器与电网电压相连，其输出电压由电网电压决定，因此只有控制输入电网的电流，来达到往电网输入功率的目的；同时，输入电网的电流谐波含量必须符合国标要求，因此必须同时检测电网电压的相位，以确保输入电网的电流达到与电网电压同频同相的要求。

在逆变并网模式下采用双环控制，外环是电压环，主要控制变流器直流母线电压为固定值VDC_REF且需高于电网电压；内环是电流环，其参考值由电压外环和电压锁相环给定，通过对电流内环参考值和实际检测值的差值进行PI控制，得到光伏变流器每相输出电压Ux(x=a、b、c)的参考值，然后采用SPWM调制方法，将Ux(x=a、b、c)与三角载波作比较，产生控制IGBT的PWM信号。对于每一相而言，上下桥臂IGBT的PWM信号是互补的，即不能同时导通。PLL锁相环主要用于检测每一相电压相位，以达到控制输入电网的电流达到与电网电压同频同相。以R相为例，控制器24通过图5中示出的具体结构对上述逆变并网模式进行双环控制，如图5所示，控制器24主要包括第四加法器2409、第三调节器2410、第二乘法器2411、第五加法器2412、第四调节器2413和第二比较器2414，具体地：第四加法器2409的正相输入端接收变流器直流母线23的电压参考值，反相输入端接收变流器直流母线23的实时电压值。第三调节器2410的输入端与第四加法器2409的输出端相连接，用于对电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分调节，得到功率参考值。第二乘法器2411的第一输入端接收输出功率和消耗功率的差值，第二输入端与第三调节器2410的输出端相连接，第三输入端接收来自公用电网的实时相电压值，用于输出相电流参考值。第五加法器2412的正相输入端与第二乘法器2411的输出端相连接，反相输入端接收来自公用电网的实时相电流值。第四调节器2413与第五加法器2412的输出端相连接，用于将相电流参考值与实时相电流值的差值进行比例积分调节。第二比较器2414的第一输入端与第四调节器2413的输出端相连接，第二输入端用于接收预设载波，输出端与智能功率模块IPM相连接，用于产生智能功率模块IPM的控制信号。

进一步地，变流器20还包括供电模块27，该供电模块27的输入端连接至变流器直流母线23，输出端与升压模块25和整流逆变并网模块26均相连接。在本实用新型实施例中，供电模块27为一个DC/DC的高压开关电源，主要为升压模块25、整流逆变并网模块26和控制器24提供低压的直流工作电源，为各模块的正常运行提供电力支持。在本实用新型实施例中，供电模块27的原理为反激式开关电源，初次级之间通过开关变压器U进行隔离，在初级开关管Q8导通期间，把能量储存在开关变压器U的初级，在开关管Q8关断期间，能量从开关变压器U初级传递到次级。供电模块27的拓扑图在图6中示出。

进一步地，如图7所示，变流器20还包括检测电路211，该检测电路211与变流器直流母线23、负载直流母线50均相连接，用于检测太阳能电池阵列的输出功率和用电负载40的消耗功率，

其中，检测电路211主要通过检测太阳能电池阵列的输出电压Vpv和电流Ipv，计算出太阳能电池阵列的输出功率Ppv，通过检测负载直流母线50的直流电压VDC和直流电流IDC，计算出用电负载40的消耗功率P_负载，其中，控制器24与检测电路211相连接，用于根据输出功率和消耗功率的大小，控制整流逆变并网模块26处于逆变状态或整流状态，具体地，假设△P=P_pv-P_负载，则：

①当△P=0时，太阳能电池阵列的输出功率全部用于负载消耗，整流逆变并网模块26工作于待机状态；

②当△P>0时，太阳能电池阵列的输出功率大于负载消耗，多余能量可回馈公用电网，控制整流逆变并网模块26运行于逆变并网（DC/AC）状态；

③当△P<0时，太阳能电池阵列的输出功率小于负载消耗，不足能量部分由公用电网补足，控制整流逆变并网模块26运行于全控整流（AC/DC）状态。

通过设置检测电路，对太阳能电池阵列的输出电压Vpv和电流Ipv，负载直流母线50的直流电压VDC和直流电流IDC检测，实现了不要在变流器与用电负载之间建立数据通信，即可对比太阳能电池阵列的输出功率和用电负载的消耗功率。

进一步地，升压模块25包括功率开关器件Q7，其中，控制器24通过控制功率开关器件Q7的导通或关断时长，控制太阳能电池阵列的输出功率，对功率开关器件Q7进行控制的控制信号由控制器24产生，控制器24通过脉宽调制（Pulse-WidthModulation，简称PWM）信号控制BOOST升压模块中的功率开关器件Q7，来控制太阳能电池阵列的输出功率。太阳能电池阵列输出的直流电，经BOOST升压模块后直接输入到变流器直流母线23。

图8为本实用新型实施例所采用的Boost升压模块的电路图，如图8所示，Boost升压模块包括储能电感L7、二极管D7、功率开关器件Q7和储能电容C7，其工作原理是当功率开关器件Q7导通时，储能电感L7电流增大，由于电感具有电流不能突变的特性，在功率开关器件Q7关断期间，在储能电感L7上产生的电压加上太阳能电池阵列的输出电压，经过二极管D7，往储能电容C7上充电，从而把太阳能电池阵列的输出能量转到变流器直流母线23上。

优选地，如图9所示，变流器20还包括第一滤波器28和/或第二滤波器29，其中，第一滤波器28连接在太阳能电池阵列与升压模块25之间，用于对滤除太阳能电池阵列进入到变流器20的电磁干扰。第二滤波器29连接在公用电网与整流逆变并网模块26之间，用于滤除公用电网进入变流器20的电磁干扰，还滤除变流器20并网电流中的高次谐波。具体地，在本实用新型实施例中，第一滤波器28可以为EMI滤波器，第二滤波器29可以为LCL滤波器。

通过在变流器中设置滤波器，对电磁干扰和高次谐波进行滤除，达到了提高变流器工作性能的效果。

优选地，变流器20还包括冷却模块210，用于对变流器20进行散热，具体地，该冷却模块210可以采用风冷、水冷、氟冷等任一或任意结合的冷却方式，对变流器进行散热冷却。图10为冷却模块210采用风冷冷却方式对变流器进行散热的示意图，其中，M表示散热风扇。

通过设置冷却模块对变流器进行散热，主要是对变流器20中的功率器件（包括IGBT和IPM模块等）进行散热，提高了变流器的可靠性。

本实用新型实施例还提供了一种光伏发用电系统，图11是根据本实用新型实施例的光伏发用电系统的示意图，如图11所示，该光伏发用电系统主要包括太阳能电池阵列10、变流器20、用电负载40和负载直流母线50，其中，变流器20为本实用新型上述内容所提供的任一种变流器。

本实用新型实施例所提供的光伏发用电系统，通过采用具有整流逆变并网模块26的变流器20，当太阳能电池阵列10的输出功率，小于用电负载40的消耗功率时，全部太阳能功率用于用电负载40的消耗，并且控制器24控制整流逆变并网模块26工作于整流状态，以使不足能量部分通过变流器20从公用电网30补足。当太阳能电池阵列10不发电时，控制器24控制整流逆变并网模块26工作于整流状态，用电负载40全部使用公用电网30电源。当太阳能电池阵列10的输出功率，等于用电负载40的消耗功率时，全部太阳能功率用于用电负载40的消耗。当太阳能电池阵列10的输出功率，大于用电负载40的消耗功率时，部分太阳能功率用于满足用电负载40的全部消耗，控制器24控制整流逆变并网模块26工作于逆变状态，使得太阳能功率的多余部分由变流器20逆变回公用电网30。并且，由于用电负载40直接通过负载直流母线50，连接至变流器直流母线23，这样，在公用电网断电的情况下，用电负载40能够通过变流器直流母线23获得能量，实现用电负载在电网断电的情况下仍然能够正常运行。

从以上描述可以看出，本实用新型实施例所提供的光伏发用电系统，解决了现有技术中光伏发用电系统能量流动方向单一的问题，实现了控制能量在变流器和电网之间的双向流动，并达到了保证用电负载在电网断电情况下正常运行的效果。

并且，由于用电负载直接连接变流器，减少了中间的DC/AC逆变并网损耗、AC/DC整流损耗和变流器20中的功率器件发热损耗等，整个光伏发用电系统具有更高的效率。

优选地，光伏发用电系统中的变流器20还包括断电检测模块，其中，在断电检测模块检测出公用电网30断电的情况下，变流器20切断与公用电网30之间的连接。

通过设置断电检测模块，在检测到电网断电时，马上切断双向变流器与电网的连接，达到了确保电网安全的效果，此种状态下，整流逆变并网模块进入休眠状态，同时，通过升压模块，保证太阳能电池阵列的输出功率全部用于用电负载消耗，整个系统运行于离网状态。

此外，光伏发用电系统还包括汇流模块60，该汇流模块60连接在太阳能电池阵列10与变流器20之间。用于对太阳能电池阵列10的输出能量进行汇聚，并将汇聚后的输出能量传送至变流器20。

优选地，在本实用新型实施例中，变流器20的数量可以为多个，多个变流器中任意一个变流器的具体结构和功能，均与上述介绍的变流器的具体结构和功能相同。多个变流器分为主变流器和从变流器，主变流器与从变流器之间通过CAN总线连接，进行数据交换，并且多个变流器均与控制器24相连接，在控制器24的控制下协同工作。图12是多个变流器的连接示意图，图12中示意性示出了变流器的数量为4，其中，201表示主变流器，202至204表示从变流器，主变流器和从变流器之间通过CAN总线进行数据交换，从变流器接收主变流器的命令并返回数据。主/从变流器身份区别是通过四位的拨码开关实现，最多可实现16台并联。主变流器代号为：0000，其它代号为从变流器。

通过将变流器的数量设置为多个，能够将多个变流器进行并联，来对变流器的功率进行扩展，以使变流器能够应用于较高功率消耗的用电负载，达到了提高光伏发用电系统的通用性。

本实用新型实施例还提供了一种光伏发用电系统的控制方法，该控制方法主要是对本实用新型实施例上述内容所提供的任一种光伏发用电系统进行控制，此种光伏发用电系统包括太阳能电池阵列、公用电网、用电负载和连接在太阳能电池阵列与公用电网之间的变流器，其中，变流器具有整流逆变并网模块，以下对本实用新型实施例所提供的光伏发用电系统的控制方法进行具体介绍：

图13是根据本实用新型实施例的光伏发用电系统的控制方法的流程图，如图13所示，该控制方法主要包括如下步骤S1至步骤S7：

S1：获取太阳能电池阵列的输出功率P_pv，并获取用电负载的消耗功率P_负载。

S3：比较输出功率P_pv与消耗功率P_负载的大小。

S5：在比较出输出功率P_pv小于消耗功率P_负载的情况下，控制整流逆变并网模块工作于整流状态。

S7：在比较出输出功率P_pv大于消耗功率P_负载的情况下，控制整流逆变并网模块工作于逆变状态。

通过对太阳能电池阵列的输出功率P_pv与用电负载的消耗功率P_负载进行比较，并在太阳能电池阵列的输出功率相对较小的情况下，控制整流逆变并网模块工作于整流状态，以使用电负载从公用电网获取能量补充。在输出功率相对较大的情况下，控制整流逆变并网模块工作于逆变状态，使得太阳能功率的多余部分由变流器逆变回公用电网，可以看出，本实用新型实施例所提供的光伏发用电系统的控制方法，解决了现有技术中光伏发用电系统能量流动方向单一的问题，实现了控制能量在变流器和电网之间的双向流动，并达到了保证用电负载在电网断电情况下正常运行的效果。

其中，变流器还具有升压模块，升压模块包括功率开关器件，本实用新型实施例的控制方法还包括：通过控制功率开关器件的导通或关断时长，控制太阳能电池阵列的输出功率。即，通过控制功率开关器件的导通或关断时长，来实现对太阳能电池板的最大功率追踪（MPPT）。

进一步地，对于太阳能电池阵列而言，其输出特性主要受光照强度和温度的影响，在光照强度一定时，其特性区线基本不变，如图14中的曲线l1和曲线l2，分别对应不同的光照强度。

如特性曲线l1，当太阳能电池板输出电流Ipv为零时，输出电压最大为Vo，简称开路电压；当太阳能电池板输出电压Vpv为零时，输出电流最大为Io，简称开路电流；当太阳能电池板输出电压为Vpv=Um、输出电流为Ipv=Im时，输出功率Ppv=Pm最大。当太阳能电池板输出电压为Vpv=U1、输出电流为Ipv=I1时，输出功率为Ppv=P1<Pm。因此，可以通过控制太阳能电池板输出电压为Um，来实现控制升压模块对太阳能电池板的最大功率追踪（MPPT），具体地，通过图15中示出的双闭环控制方式，来确定控制功率开关器件的导通或关断时长的控制信号，如图15所示，在双闭环控制方式中，外环为电压环，控制太阳能电池阵列输出电压，其中，Vpv*为参考电压值，参考电压值Vpv*与实际检测到的实际电压值Vpv的差值经过PI控制器后得到电流环的参考电流值Ipv*，即，通过检测太阳能电池阵列的实际电压值，计算参考电压值与实际电压值的电压差值，对电压差值进行比例积分运算，得到参考电流值；内环为电流环，参考电流值Ipv*与实现检测到的实际电流值Ipv的差值经过PI控制器后得到功率开关器件Q7的控制信号PWM7，即，通过检测太阳能电池阵列的实际电流值，计算参考电流值与实际电流值的电流差值，对电流差值进行比例积分运算，得到控制信号。

优选地，本实用新型实施例的控制方法还包括：对变流器进行散热。具体地，可以采用风冷冷却方式、水冷冷却方式和氟冷冷却方式中的任意一种冷却方式，或者采用任意结合的冷却方式对变流器进行散热：

通过设置冷却模块对变流器进行散热，减小了因变流器功率器件发热所带来的发热损耗，提高了光伏发用电系统的效率。

更进一步地，变流器还具有变流器直流母线，在本实用新型实施例中，主要采用双闭环控制控制整流逆变并网模块工作于整流状态，其中，通过以下方式产生控制整流逆变并网模块工作于整流状态的控制信号：获取变流器直流母线的电压参考值和实时电压值；对电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分微分调节，得到功率参考值；将功率参考值与来自公用电网的实时相电压值经乘法器处理得到相电流参考值；将相电流参考值与来自公用电网的实时相电流值的差值进行比例积分微分调节，得到相电压参考值；对相电压参考值进行正弦脉宽调制得到第一调制解调信号，第一调制解调信号为控制整流逆变并网模块工作于整流状态的控制信号。

主要采用双环控制控制整流逆变并网模块工作于逆变状态，其中，通过以下方式产生控制整流逆变并网模块工作于逆变状态的控制信号：获取变流器直流母线的电压参考值和实时电压值；对电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分调节，得到功率参考值；将输出功率和消耗功率的差值、功率参考值和来自公用电网的实时相电压值经乘法器处理，得到相电流参考值；将相电流参考值与来自公用电网的实时相电流值的差值进行比例积分调节，得到相电压参考值；以及对相电压参考值进行正弦脉宽调制得到第二调制解调信号，第二调制解调信号为整流逆变并网模块工作于逆变状态的控制信号。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型实现了控制能量在变流器和电网之间的双向流动，并达到了保证用电负载在电网断电情况下正常运行的效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变流器，其特征在于，包括：

升压模块（25），用于连接太阳能电池阵列；

整流逆变并网模块（26），用于连接公用电网；

变流器直流母线（23），连接在所述升压模块（25）与所述整流逆变并网模块（26）之间，其中，所述变流器直流母线（23）上具有母线接口，用于连接用电负载的负载直流母线；以及

控制器（24），与所述升压模块（25）和所述整流逆变并网模块（26）均相连接，用于通过所述升压模块（25）控制所述太阳能电池阵列的输出功率，并控制所述整流逆变并网模块（26）处于逆变状态或整流状态。

2.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括：

供电模块（27），输入端连接至所述变流器直流母线（23），输出端与所述升压模块（25）和所述整流逆变并网模块（26）均相连接。

3.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括：

检测电路（211），与所述变流器直流母线（23）、所述负载直流母线均相连接，用于检测所述太阳能电池阵列的输出功率和所述用电负载的消耗功率，

其中，所述控制器（24）与所述检测电路（211）相连接，用于根据所述输出功率和所述消耗功率的大小，控制所述整流逆变并网模块（26）处于逆变状态或整流状态。

4.根据权利要求3所述的变流器，其特征在于，所述整流逆变并网模块（26）包括智能功率模块IPM，所述控制器（24）包括：

第一加法器（2401），正相输入端接收所述变流器直流母线（23）的电压参考值，反相输入端接收所述变流器直流母线（23）的实时电压值；

第一调节器（2402），输入端与所述第一加法器（2401）的输出端相连接，用于对所述电压参考值和所述实时电压值的差值进行比例积分微分调节，得到功率参考值；

第一乘法器（2403），第一输入端与所述第一调节器（2402）的输出端相连接，第二输入端用于接收来自所述公用电网的实时相电压值，用于将所述功率参考值与所述实时相电压值进行处理，得到相电流参考值；

第二加法器（2404），正相输入端与所述第一乘法器（2403）的输出端相连接，反相输入端接收来自所述公用电网的实时相电流值；

第二调节器（2405），输入端与所述第二加法器（2404）的输出端相连接，用于将所述相电流参考值与所述实时相电流值的差值进行比例积分微分调节；

第三加法器（2406），第一正相输入端与所述第二调节器（2405）的输出端相连接，第二正相输入端用于接收所述实时相电压值；

变换器（2407），与所述第三加法器（2406）的输出端相连接，用于对所述第三加法器（2406）的输出结果进行变换，得到所述实时相电压的相电压参考值；以及

第一比较器（2408），第一输入端与所述变换器（2407）的输出端相连接，第二输入端用于接收预设载波，输出端与所述智能功率模块IPM相连接，用于产生所述智能功率模块IPM的控制信号。

5.根据权利要求3所述的变流器，其特征在于，所述整流逆变并网模块（26）包括智能功率模块IPM，所述控制器（24）包括：

第四加法器（2409），正相输入端接收所述变流器直流母线（23）的电压参考值，反相输入端接收所述变流器直流母线（23）的实时电压值；

第三调节器（2410），输入端与所述第四加法器（2409）的输出端相连接，用于对所述电压参考值和所述实时电压值的差值进行比例积分调节，得到功率参考值；

第二乘法器（2411），第一输入端接收所述输出功率和所述消耗功率的差值，第二输入端与所述第三调节器（2410）的输出端相连接，第三输入端接收来自所述公用电网的实时相电压值，用于输出相电流参考值；

第五加法器（2412），正相输入端与所述第二乘法器（2411）的输出端相连接，反相输入端接收来自所述公用电网的实时相电流值；

第四调节器（2413），与所述第五加法器（2412）的输出端相连接，用于将所述相电流参考值与所述实时相电流值的差值进行比例积分调节；以及

第二比较器（2414），第一输入端与所述第四调节器（2413）的输出端相连接，第二输入端用于接收预设载波，输出端与所述智能功率模块IPM相连接，用于产生所述智能功率模块IPM的控制信号。

6.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述升压模块（25）包括功率开关器件（Q7），其中，所述控制器（24）通过控制所述功率开关器件（Q7）的导通或关断时长，控制所述太阳能电池阵列的输出功率。

7.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括：

第一滤波器（28），连接在所述太阳能电池阵列与所述升压模块（25）之间；和/或

第二滤波器（29），连接在所述公用电网与所述整流逆变并网模块（26）之间。

8.根据权利要求7所述的变流器，其特征在于，所述第一滤波器（28）为EMI滤波器，所述第二滤波器（29）为LCL滤波器。

9.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括：冷却模块（210），用于对所述变流器进行散热。

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