專利名稱：太陽能光伏并網(wǎng)逆變器及太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子及家用電器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于空調(diào)裝置的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器及使用該逆變器的太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為21世紀(jì)最有潛力的能源，太陽能以其清潔環(huán)保、蘊藏豐富等優(yōu)點逐步得到開發(fā)利用。目前已出現(xiàn)太陽能空調(diào)器，大多為熱管式，其原理是以太陽能加熱熱管或熱水，再用熱管或熱水的熱能制冷或制熱，其太陽能利用較為有限。隨著太陽能在家用電器中應(yīng)用的研究深入，室外機或房屋頂部安裝太陽能電池板的空調(diào)器亦成為研究開發(fā)熱點。但空調(diào)使用時間較為有限，當(dāng)有足夠陽光而空調(diào)器待機或開啟時間不多時太陽能電池將處于滿電待機狀態(tài)，這對太陽能電池資源是一種較大浪費。為此有必要考慮將太陽能電能反饋給市電或其它家用電器，由此解決市電白天用電量大、供電不足的情況。公開號為CN102005975A的發(fā)明專利公開說明書提出了一種太陽能空調(diào)裝置及由其組成的太陽能空調(diào)系統(tǒng)，可在蓄電單元充電后，把多余的電能逆變輸送給市電。但由于使用太陽能時增加了蓄電儲能單元，明顯加大了系統(tǒng)的安裝及維護(hù)成本，同時該專利也未對太陽能光伏逆變系統(tǒng)具體如何實現(xiàn)作具體闡述。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種采用DSP控制的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器及使用該逆變器的太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)，其中并網(wǎng)逆變器的主要功能是將空調(diào)系統(tǒng)所附太陽能電池輸出
的直流電逆變成與市電同相的交流電，并反饋市電及供本家庭其它家用電器使用，具體而 、
H 本發(fā)明的第一個目的是，提供一種太陽能光伏并網(wǎng)逆變器解決方案，以充分利用太陽能空調(diào)產(chǎn)生的電能，同時將多余的電能反饋并入市電電網(wǎng)或供其它家用電器使用。本發(fā)明的第二個目的是，提供一種使用上述并網(wǎng)逆變器的太陽能變頻空調(diào)解決方案。該方案中，變頻空調(diào)優(yōu)先使用太陽能產(chǎn)生的電能，當(dāng)太陽能產(chǎn)生的電能不夠時空調(diào)自動接入市電，以滿足家庭使用需要。為實現(xiàn)本發(fā)明第一個目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，包括功率電路和對所述功率電路進(jìn)行控制的控制電路，所述功率電路包括DC/DC單元、 DC/AC單元及濾波單元，所述DC/DC單元將太陽能電池陣列輸出的低壓直流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，所述DC/AC單元將高壓直流電轉(zhuǎn)換為市電交流電，所述濾波單元連接在所述DC/ AC單元和市電電網(wǎng)之間；所述控制電路包括主控電路及MPPT單元，所述主控電路從所述功率電路中采集數(shù)字和/或模擬信號，完成相應(yīng)運算后對所述功率電路中的功率器件進(jìn)行控制，所述MPPT單元動態(tài)追蹤太陽能電池陣列的最大功率點，調(diào)節(jié)太陽能電池陣列的工作點ο較優(yōu)地，所述主控電路包括DSP及其外圍電路、信號檢測及調(diào)理電路、驅(qū)動電路及保護(hù)電路，其中所述信號檢測及調(diào)理電路完成強弱電隔離、電平轉(zhuǎn)換和信號放大及濾波， 以滿足所述DSP對各路信號電平范圍和信號質(zhì)量要求；所述驅(qū)動電路實現(xiàn)提高脈沖驅(qū)動能力和隔離的作用；所述保護(hù)電路保證發(fā)生故障時，從硬件上直接封鎖輸出脈沖信號。較優(yōu)地，所述功率電路包括DClink單元，連接在所述DC/DC單元和所述DC/AC單元之間。較優(yōu)地，所述控制電路包括中間電壓檢測單元，連接在所述主控電路和所述 DClink單元之間。較優(yōu)地，所述控制電路包括IGBT驅(qū)動單元，連接在所述主控電路和所述DC/AC單元之間。較優(yōu)地，所述控制電路包括同步電壓檢測單元，檢測輸出電壓及市電電網(wǎng)電壓的相位，以控制輸出電壓及市電電網(wǎng)電壓同相。較優(yōu)地，所述控制電路包括孤島效應(yīng)檢測單元，實現(xiàn)主電網(wǎng)斷電時自動停止向電網(wǎng)供電。在此基礎(chǔ)上，為實現(xiàn)本發(fā)明第二個目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)，包括太陽能電池陣列、直流升壓模塊、上述太陽能光伏并網(wǎng)逆變器及直流變頻空調(diào)，所述太陽能電池陣列、直流升壓模塊及直流變頻空調(diào)依次連接，所述太陽能光伏并網(wǎng)逆變器連接在所述直流升壓模塊和市電電網(wǎng)之間通過將光伏并網(wǎng)逆變器接入直流升壓模塊，可采集多余的太陽能并反饋至市電電網(wǎng)。較優(yōu)地，市電電網(wǎng)和所述直流變頻空調(diào)之間連接有整流濾波器。當(dāng)系統(tǒng)檢測到太陽能電力能量不足時，通過控制市電經(jīng)整流及平滑濾波后給直流變頻空調(diào)的控制器提供電力供應(yīng)，以保證直流變頻空調(diào)器的正常使用。較優(yōu)地，所述直流升壓模塊和所述整流濾波器之間連接有隔離二極管。通過微控制器控制直流升壓模塊升壓，使直流變頻空調(diào)器工作在最優(yōu)狀態(tài)當(dāng)太陽能量足夠時使其 DC電壓略高于市電整流后的直流電壓，保證直流變頻空調(diào)4優(yōu)先使用太陽能；當(dāng)太陽能發(fā)電不足時自動切換至市電驅(qū)動，以保證空調(diào)足夠的運行能力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供太陽能和市電雙電源變頻空調(diào)系統(tǒng)，可以太陽能和市電共同驅(qū)動空調(diào)運行，使太陽能即得即用成為現(xiàn)實，由此大大降低了生產(chǎn)成本，讓太陽能空調(diào)走進(jìn)尋常百姓家庭成為可能。當(dāng)空調(diào)空閑或太陽能有剩余時，通過本發(fā)明公開的光伏逆變系統(tǒng)亦可回饋市電電網(wǎng)，不僅節(jié)約能源，又利于環(huán)境保護(hù)。


圖1為應(yīng)用本發(fā)明太陽能光伏并網(wǎng)逆變器的光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)的組成框圖；圖2為應(yīng)用本發(fā)明光伏并網(wǎng)逆變器的太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)的組成框圖。
具體實施例方式為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面給出優(yōu)選的實施例，并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實施例1參見圖1，表示應(yīng)用本發(fā)明太陽能光伏并網(wǎng)逆變器的光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)的一較優(yōu)實施例。所述太陽能光伏并網(wǎng)逆變器2應(yīng)用于太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)的光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)， 包括功率電路及對功率電路進(jìn)行控制的控制電路，其中所述功率電路包括太陽能電池陣列1與市電電網(wǎng)3之間的DC/DC單元21、Dclink單元22、DC/AC單元23及濾波單元M ；所述控制電路包括以DSP為核心的主控電路^、MPPT單元25、中間電壓檢測單元^、IGBT驅(qū)動單元27及電壓同步檢測單元28 (輸出電流及電壓同步檢測單元)。以下分別對各部件進(jìn)行描述。上述DC/DC單元21完成太陽能電池陣列1所提供低壓直流電向高壓直流電的轉(zhuǎn)換，同時通過MPPT單元25調(diào)節(jié)太陽能電池陣列1的工作點，動態(tài)的追尋太陽能電池陣列1 的最大功率點。上述DClink單元22連接在DC/DC單元21和DC/AC單元23之間，可起到限流或
緩沖等作用。上述DC/AC單元23完成高壓直流電向市電交流電的轉(zhuǎn)換，同時使輸出電壓與市電電網(wǎng)電壓同相位及保持較高的功率因數(shù)。上述太陽能光伏并網(wǎng)逆變器2與市電電網(wǎng)之間連接有濾波單元24，防止逆變器對市電電網(wǎng)3產(chǎn)生干擾。上述主控電路四為以主控制器(DSP)為核心的控制電路，可從功率電路中采集數(shù)字及模擬信號，并進(jìn)行相應(yīng)運算后完成對功率器件的控制，以實現(xiàn)DC/DC及DC/AC兩級能量變換的功能。上述MPPT單元25可最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking，即能夠?qū)崟r偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值VI，使系統(tǒng)以最高的效率對蓄電池充電)，由此實現(xiàn)動態(tài)追蹤太陽能電池陣列的最大功率點，調(diào)節(jié)太陽能電池陣列的工作點。以上將太陽能光伏逆變器2劃分為功率電路與控制電路進(jìn)行描述，實際上將其劃分為前級電路和后級電路也可方便地進(jìn)行分析，簡述如下以下進(jìn)一步對圖1所示應(yīng)用于太陽能光伏逆變器的光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)進(jìn)行說明。 該系統(tǒng)采用兩級式設(shè)計前級為升壓斬波器，后級為全橋式逆變器；前級用于最大功率追蹤，后級實現(xiàn)對并網(wǎng)電流的控制，且控制都是由DSP主控芯片協(xié)調(diào)完成的。具體而言前級DC/DC單元21為Boost升壓斬波電路，(因為T/t off值遠(yuǎn)大于 1，輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路，也稱為boost變換器或Boost Converter)， 將太陽能電池輸出的低壓直流電變換為340V左右的高壓直流電；后級為單相全橋逆變電路，逆變后得到220V/50HZ或60Hz的交流電。上述前級電路組成為太陽能電池陣列1、DC/DC單元21、DCLink單元22、中間電壓檢測單元26、MPPT單元25。上述后級電路組成為DC/AC單元23、IGBT驅(qū)動單元27、電壓同步檢測單元28、濾波單元M。上述電路完成中間電壓Vdc、市網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流和太陽能電池的電壓及電流信號采樣后送至主控電路四。該主控電路四主要包括DSP及其外圍電路、信號檢測及調(diào)理電路、驅(qū)動電路及保護(hù)電路，其中信號檢測及調(diào)理單元主要完成強弱電隔離、電平轉(zhuǎn)換和信號放大及濾波等功能，以滿足DSP控制系統(tǒng)對各路信號電平范圍和信號質(zhì)量的要求；驅(qū)動電路起到提高脈沖的驅(qū)動能力和隔離的作用；邏輯保護(hù)電路則保證發(fā)生故障時，系統(tǒng)能從硬件上直接封鎖輸出脈沖信號。值得注意的是，本實施例特別設(shè)置MPPT單元25，其控制的最終目的在于動態(tài)的追尋太陽能電池板的最大功率點。此外，上述系統(tǒng)的控制電路中也有孤島效應(yīng)檢測單元(圖未示出)，通過增加反孤島效應(yīng)的軟件設(shè)計，使其具有孤島效應(yīng)檢測功能。這樣，當(dāng)主電網(wǎng)斷電時并網(wǎng)逆變器自動停止向市電電網(wǎng)3供電。實施例2參見圖2，表示應(yīng)用本發(fā)明光伏并網(wǎng)逆變器的太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)的一較優(yōu)實施例，其包括太陽能電池陣列1、直流升壓模塊5、隔離二極管6、太陽能光伏逆變器2、直流變頻空調(diào)4。圖2所示方案中，由于上述光伏并網(wǎng)逆變器2連接直流升壓模塊5，可采集多余的太陽能并反饋至市電電網(wǎng)3。這一方案附帶有光伏并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，從而可省去蓄電池部分，由此大大降低太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)的生產(chǎn)及維護(hù)成本。以下進(jìn)一步對圖2所示太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)的工作原理及工作過程進(jìn)一步進(jìn)行說明。 如圖2所示系統(tǒng)中，太陽能電池陣列1產(chǎn)生低壓直流電，經(jīng)過直流升壓模塊5升壓至340V高壓直流電。該高壓直流電一方面直接接入直流變頻空調(diào)4并經(jīng)其內(nèi)置逆變器處理后驅(qū)動變頻空調(diào)運轉(zhuǎn)；另一方面，當(dāng)直流變頻空調(diào)4空閑時，該高壓直流電通過太陽能光伏逆變器2處理后回饋市電電網(wǎng)3，供用戶其它家用電器使用。上述系統(tǒng)中，市電電網(wǎng)3和直流變頻空調(diào)4之間連接有整流濾波器7，當(dāng)太陽能電池陣列1產(chǎn)生的電能不夠時，直流變頻空調(diào)4能自動切換市電供電方式，以保證空調(diào)的正常運行。同時，由于在直流升壓模塊5與整流濾波器7之間接有隔離二極管6，通過太陽能光伏逆變器2控制其輸出直流電壓略高于市電整流后的電壓，自動保證直流變頻空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)先使用太陽能。本實例中太陽能能電池陣列1采用普通太陽能電池板，一塊太陽能電池板通常輸出產(chǎn)生15-42V，0-200W，根據(jù)負(fù)載大小可以采用多塊太陽能電池板并聯(lián)使用。當(dāng)系統(tǒng)檢測到太陽能電力能量不足時，通過控制市電經(jīng)整流及平滑濾波后給直流變頻空調(diào)控制器提供電力供應(yīng)，以保證變頻空調(diào)器的正常使用。順便指出的是，上述系統(tǒng)中太陽能光伏逆變器2與直流變頻空調(diào)4的主控芯片可共同采用一個DSP芯片，這不僅保證系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)，也有利于降低生產(chǎn)成本。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對于本發(fā)明各個實施例中所闡述，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，包括功率電路和對所述功率電路進(jìn)行控制的控制電路，其特征在于，所述功率電路包括DC/DC單元、DC/AC單元及濾波單元，所述DC/DC單元將太陽能電池陣列輸出的低壓直流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，所述DC/AC單元將高壓直流電轉(zhuǎn)換為市電交流電，所述濾波單元連接在所述DC/AC單元和市電電網(wǎng)之間；所述控制電路包括主控電路及MPPT單元，所述主控電路從所述功率電路中采集數(shù)字和/或模擬信號，完成相應(yīng)運算后對所述功率電路中的功率器件進(jìn)行控制，所述MPPT單元動態(tài)追蹤太陽能電池陣列的最大功率點，調(diào)節(jié)太陽能電池陣列的工作點。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述主控電路包括DSP及其外圍電路、信號檢測及調(diào)理電路、驅(qū)動電路及保護(hù)電路，其中所述信號檢測及調(diào)理電路完成強弱電隔離、電平轉(zhuǎn)換和信號放大及濾波，以滿足所述DSP對各路信號電平范圍和信號質(zhì)量要求；所述驅(qū)動電路實現(xiàn)提高脈沖驅(qū)動能力和隔離的作用；所述保護(hù)電路保證發(fā)生故障時，從硬件上直接封鎖輸出脈沖信號。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述功率電路包括 DClink單元，連接在所述DC/DC單元和所述DC/AC單元之間。
4.如權(quán)利要求3所述的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述控制電路包括中間電壓檢測單元，連接在所述主控電路和所述DClink單元之間。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述控制電路包括IGBT 驅(qū)動單元，連接在所述主控電路和所述DC/AC單元之間。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述控制電路包括同步電壓檢測單元，檢測輸出電壓及市電電網(wǎng)電壓的相位，以控制輸出電壓及市電電網(wǎng)電壓同相。
7.如權(quán)利要求1 6任一項所述的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述控制電路包括孤島效應(yīng)檢測單元，實現(xiàn)主電網(wǎng)斷電時自動停止向市電電網(wǎng)供電。
8.一種太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽能電池陣列、直流升壓模塊、如權(quán)利要求1 7任一項所述的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器及直流變頻空調(diào)，所述太陽能電池陣列、 直流升壓模塊及直流變頻空調(diào)依次連接，所述太陽能光伏并網(wǎng)逆變器連接在所述直流升壓模塊和市電電網(wǎng)之間。
9.如權(quán)利要求8所述的太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，市電電網(wǎng)和所述直流變頻空調(diào)之間連接有整流濾波器。
10.如權(quán)利要求9所述的太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述直流升壓模塊和所述整流濾波器之間連接有隔離二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開一種太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，包括功率電路和控制電路，功率電路包括DC/DC單元、DC/AC單元及濾波單元；控制電路包括主控電路及MPPT單元，以便從功率電路中采集數(shù)字和/或模擬信號，完成相應(yīng)運算后對功率電路中的功率器件進(jìn)行控制，并動態(tài)追蹤太陽能電池陣列的最大功率點，調(diào)節(jié)太陽能電池陣列工作點。本發(fā)明還公開一種太陽能變頻空調(diào)系統(tǒng)，包括太陽能電池陣列、直流升壓模塊、太陽能光伏并網(wǎng)逆變器及直流變頻空調(diào)，太陽能電池陣列、直流升壓模塊及直流變頻空調(diào)依次連接，太陽能光伏并網(wǎng)逆變器連接在直流升壓模塊和市電電網(wǎng)之間。本發(fā)明實現(xiàn)以太陽能和市電共同驅(qū)動空調(diào)運行，在空調(diào)空閑或太陽能有剩余時，可將電能回饋市網(wǎng)。
文檔編號H02J3/38GK102291026SQ20111024025
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者崔嚴(yán)鵬, 方湘濤, 鄭祖義, 金聽祥, 陳育鋒 申請人:廣東志高空調(diào)有限公司