專利名稱：一種用于光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電的控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種用于光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電的控制系統(tǒng)、控制方法及采用這種控制裝置和控制方法的發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為集中式大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和分散式小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類型。前者的主要特點(diǎn)是所發(fā)電能被直接輸送到電網(wǎng)上，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。而后者，特別是與建筑結(jié)合的住宅屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，則是將光伏組件所發(fā)的電能直接分配到住宅用戶的用電負(fù)載上，多余或不足的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。這種系統(tǒng)并可分為有逆流和無逆流兩種形式。其中，有逆流系統(tǒng)，是在光伏系統(tǒng)產(chǎn)生剩余電力時將該電能送入電網(wǎng)；當(dāng)光伏系統(tǒng)電力不夠時，則由電網(wǎng)補(bǔ)充供電。這種系統(tǒng)，一般是為光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力大于負(fù)載或發(fā)電時間同負(fù)荷用電時間不相匹配而設(shè)計的。住宅系統(tǒng)由于輸出的電量受天氣和季節(jié)的制約，而用電又有時間的區(qū)分，為保證電力平衡，一般均設(shè)計成有逆流系統(tǒng)。有逆流系統(tǒng)采用并網(wǎng)逆變的方法實(shí)現(xiàn)了既能向用戶負(fù)載送電也能向電網(wǎng)送電。但是這樣并不能解決以下問題:當(dāng)在電網(wǎng)因故失電情況下，并網(wǎng)逆變器會因?yàn)榉雷o(hù)“孤島效應(yīng)”而停止工作，造成能源浪費(fèi)。無逆流系統(tǒng)，是以光伏系統(tǒng)發(fā)電和電網(wǎng)共同向用戶負(fù)載供電，而在供電時，光伏系統(tǒng)發(fā)電不會流向電網(wǎng)，只有當(dāng)光伏系統(tǒng)電力不夠時，則由電網(wǎng)補(bǔ)充供電。光伏系統(tǒng)產(chǎn)生剩余電力時無逆流系統(tǒng)會造成的電力浪費(fèi)，為了防止這種浪費(fèi)，有的光伏發(fā)電系統(tǒng)增加了充電裝置和蓄電池，用于存儲多余的電能，并在光伏組件發(fā)電能力不足時用于對用戶負(fù)載的補(bǔ)償供電。但是，充電裝置和蓄電池的使用，極大的增加了系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)投入。為此，需要一種光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其能夠以光伏發(fā)電和公共電網(wǎng)共同向用戶負(fù)載供電，而且在供電時，光伏發(fā)電產(chǎn)生的剩余電力會流向公共電網(wǎng)，“儲存”在公共電網(wǎng)中。而當(dāng)光伏發(fā)電不能滿足負(fù)載的功耗時，公共電網(wǎng)作為補(bǔ)充供應(yīng)，并且可以實(shí)現(xiàn)以下目的:(1)光伏發(fā)電系統(tǒng)中不包含蓄電池等儲能裝置；(2)光伏發(fā)電產(chǎn)生的剩余電能輸入公共電網(wǎng)，避免了浪費(fèi)；(3)當(dāng)公共電網(wǎng)因故失電情況下，光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能仍能給用戶負(fù)載使用，避免了浪費(fèi)；(4)光伏發(fā)電作為優(yōu)先電源，公共電網(wǎng)作為補(bǔ)充電源，保證光伏發(fā)電高效、優(yōu)先的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電的控制系統(tǒng)，采用該控制系統(tǒng)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可以解決上述技術(shù)問題，并可以實(shí)現(xiàn)上述目的。本發(fā)明所述的技術(shù)方案如下:
一種用于光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電的控制系統(tǒng)，包括以下部件:
直流升壓模塊，與光伏組件相連接，用于對光伏組件產(chǎn)生的直流電進(jìn)行升壓，其輸出分別與直流補(bǔ)償模塊、直流限功率變壓模塊相連接；所述直流升壓模塊由第一電壓反饋檢測電路、第一 DC-DC變換器和第一 PWM控制電路構(gòu)成。直流限功率變壓模塊，與直流升壓模塊和控制模塊相連接，其輸出與并網(wǎng)逆變器相連接，用于根據(jù)控制信號將光伏組件輸出的富余的電能輸出給并網(wǎng)逆變器，進(jìn)而輸入公共電網(wǎng)；所述直流限功率變壓模塊由第二 DC-DC變換器、第二 PWM控制電路、第二電壓反饋檢測電路和第三電壓反饋檢測電路構(gòu)成。其中，控制模塊通過監(jiān)測模塊檢測公共電網(wǎng)輸出的補(bǔ)償電流和直流補(bǔ)償模塊的輸出電壓，如果公共電網(wǎng)沒有輸出補(bǔ)償電流并且直流補(bǔ)償模塊輸出的直流電壓高于公共電網(wǎng)市電通過整流后的直流電壓，則表明光伏組件發(fā)電有富余，此時控制模塊控制直流限功率變壓模塊增大輸出功率，將光伏組件所發(fā)的富余電能并網(wǎng)輸出至公共電網(wǎng)；然后繼續(xù)監(jiān)測公共電網(wǎng)輸出的補(bǔ)償電流和直流補(bǔ)償模塊的輸出電壓，如果有公共電網(wǎng)補(bǔ)償電流或者直流補(bǔ)償模塊輸出的直流電壓低于公共電網(wǎng)市電通過整流后的直流電壓，則表明光伏組件輸送給用戶負(fù)載的電量不夠，此時控制直流限功率變壓模塊減小輸出功率，減少并網(wǎng)輸出至公共電網(wǎng)的電量，直至關(guān)閉直流限功率變壓模塊，停止將光伏組件所發(fā)的電能并網(wǎng)輸出至公共電網(wǎng)，
并網(wǎng)逆變器，用于將直流限功率變壓模塊輸出的直流電流逆變成市電輸入公共電網(wǎng)，其輸出與公共電網(wǎng)相連接；所述并網(wǎng)逆變器包括單相并網(wǎng)逆變器或三相并網(wǎng)逆變器。直流補(bǔ)償模塊，與公共電網(wǎng)和直流升壓模塊相連接，用于在光伏組件的發(fā)電量小于用戶負(fù)載的用電量時使得公共電網(wǎng)得市電可以對直流升壓模塊輸出的直流電流進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的直流電流輸出給所述交流逆變模塊，其輸出分別與交流逆變模塊和監(jiān)測模塊相連接。所述直流補(bǔ)償模塊由整流電路和直流補(bǔ)償電路構(gòu)成。對用戶負(fù)載來說，在光伏組件的發(fā)電量不足時，由公共電網(wǎng)先進(jìn)行直流補(bǔ)償，再將補(bǔ)償后的直流電流逆變成市電。其中，整流電路將市電整流成直流電流后與光伏輸出的直流電在直流端并聯(lián)，進(jìn)行直流補(bǔ)償。采用直流補(bǔ)償方式，有利于提高電路的可靠性，且成本低。交流逆變模塊，其輸出與用戶負(fù)載相連接，用于將直流補(bǔ)償模塊輸出的直流電流逆變?yōu)槭须姾筝敵鼋o用戶負(fù)載；所述交流逆變模塊由DC-AC變換器、第三PWM控制電路和第四電壓反饋檢測電路構(gòu)成。所述DC-AC變換器包括正弦波逆變器和線路濾波器，其中所述正弦波逆變器采用單相正弦波逆變器或三相正弦波逆變器。交流切換模塊，用于根據(jù)控制模塊的控制，將用戶負(fù)載的輸入電流在公共電網(wǎng)和交流逆變模塊之間切換；所述交流切換模塊由交流切換電路構(gòu)成。監(jiān)測模塊，用于采集公共電網(wǎng)輸出的電流電壓信號、光伏組件輸出的電流電壓信號、交流切換模塊輸出的電流電壓信號以及直流補(bǔ)償模塊輸出的電壓信號，并將上述信號發(fā)送給控制模塊；所述監(jiān)測模塊由第一電流電壓檢測電路、第二電流電壓檢測電路、第三電流電壓檢測電路和電壓檢測電路構(gòu)成。以及控制模塊，與監(jiān)測模塊連接，用于接收監(jiān)測模塊輸入的電流電壓信號并根據(jù)上述信號發(fā)出控制信號分別控制直流升壓模塊、直流限功率變壓模塊、交流逆變模塊和交流切換模塊工作。所述控制模塊由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成。本發(fā)明的第二個發(fā)明目的在于提供了一種光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏組件、公共電網(wǎng)和用戶負(fù)載，還包括上述的任一控制系統(tǒng)。所述光伏組件的發(fā)電量至少大于用戶負(fù)載的用電量的10%。以保證用戶負(fù)載的節(jié)能效率。
本發(fā)明的第三個發(fā)明目的在于提供一種使用如上所述的任一控制系統(tǒng)控制光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電的方法，包括以下步驟:
(I)光伏組件開啟進(jìn)行發(fā)電。(2)控制模塊判斷公共電網(wǎng)是否失電。(3)如果公共電網(wǎng)失電，則控制模塊輸出控制信號關(guān)閉直流限功率變壓模塊，開啟直流升壓模塊和交流逆變模塊，控制交流切換模塊將交流逆變輸出接通到用戶負(fù)載，由光伏組件獨(dú)立對用戶負(fù)載供電。(4)如果公共電網(wǎng)不失電，則控制模塊比較光伏組件的發(fā)電量和用戶負(fù)載的用電量。如果光伏組件的發(fā)電量大于用戶負(fù)載的用電量，則控制模塊輸出控制信號啟動直流升壓模塊和交流逆變模塊，控制交流切換模塊將交流逆變輸出接通到用戶負(fù)載，由光伏組件獨(dú)立對用戶負(fù)載供電，同時啟動直流限功率變壓模塊，將光伏組件所發(fā)的富余電能通過并網(wǎng)逆變器逆變成市電輸入公共電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)富余電能并網(wǎng)。其中，控制模塊通過監(jiān)測模塊檢測公共電網(wǎng)輸出的補(bǔ)償電流和直流補(bǔ)償模塊的輸出電壓，如果公共電網(wǎng)沒有輸出補(bǔ)償電流并且直流補(bǔ)償模塊輸出的直流電壓高于公共電網(wǎng)市電通過整流后的直流電壓，則表明光伏組件發(fā)電有富余，此時控制模塊控制直流限功率變壓模塊增大輸出功率，將光伏組件所發(fā)的富余電能并網(wǎng)輸出至公共電網(wǎng)；然后繼續(xù)監(jiān)測公共電網(wǎng)輸出的補(bǔ)償電流和直流補(bǔ)償模塊的輸出電壓，如果有公共電網(wǎng)補(bǔ)償電流或者直流補(bǔ)償模塊輸出的直流電壓低于公共電網(wǎng)市電通過整流后的直流電壓，則表明光伏組件輸送給用戶負(fù)載的電量不夠，此時控制直流限功率變壓模塊減小輸出功率，減少并網(wǎng)輸出至公共電網(wǎng)的電量，直至關(guān)閉直流限功率變壓模塊，停止將光伏組件所發(fā)的電能并網(wǎng)輸出至公共電網(wǎng)。如果光伏組件的發(fā)電量小于用戶負(fù)載的用電量，則控制模塊輸出控制信號關(guān)閉直流限功率變壓模塊，由公共電網(wǎng)對光伏組件輸出的電能進(jìn)行直流補(bǔ)償，共同向用戶負(fù)載供電。但是市電先整流成直流然后逆變成交流會損失部分電能。因此，當(dāng)光伏組件輸出的電能少于市電補(bǔ)償過程中的損耗(大約不超過用戶負(fù)載的用電量的10%)時，為了避免不必要的逆變能耗，提高能源利用率，可以將光伏組件輸出的這部分能量直接并網(wǎng)輸入公共電網(wǎng)，控制交流切換模塊直接使用市電輸出給用戶負(fù)載。為此，所述步驟(4)還可以包括以下步驟:
如果公共電網(wǎng)不失電并且光伏組件的發(fā)電量小于用戶負(fù)載的用電量，則進(jìn)一步判斷光伏組件的發(fā)電量是否小于用戶負(fù)載的用電量的10%，
如果是，則啟動直流生涯模塊和直流限功率變壓模塊，關(guān)閉交流逆變模塊，將光伏組件輸出的電能全部通過并網(wǎng)逆變器逆變成市電輸入公共電網(wǎng)，并控制交流切換模塊將公共電網(wǎng)的輸出接通到用戶負(fù)載，由公共電網(wǎng)獨(dú)立對用戶負(fù)載供電，
如果否，則控制模塊輸出控制信號關(guān)閉直流限功率變壓模塊，由公共電網(wǎng)對光伏組件輸出的電能進(jìn)行直流補(bǔ)償，補(bǔ)償后的直流電流經(jīng)交流逆變模塊逆變成市電后向用戶負(fù)載供電。進(jìn)一步的，上述方法還可以包括以下步驟:如果公共電網(wǎng)有電，并且光伏組件沒有輸出，則控制模塊輸出控制信號關(guān)閉直流限功率變壓模塊、直流升壓模塊和交流逆變模塊，并控制交流切換模塊將公共電網(wǎng)的輸出接通到用戶負(fù)載，由公共電網(wǎng)獨(dú)立對用戶負(fù)載供電。采用本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)、控制方法或光伏發(fā)電系統(tǒng)，能源利用效率高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；在光伏組件發(fā)電充足時，優(yōu)先將光伏組件輸出的電能送給用戶使用，多余的電能向公共電網(wǎng)輸出；在光伏組件發(fā)電輸出電能不足用戶負(fù)載的10%時,將光伏組件輸出電能向公共電網(wǎng)輸出，而直接將公共電網(wǎng)供給用戶使用，以避免公共電網(wǎng)過多補(bǔ)充而造成的能源浪費(fèi)；在光伏組件輸出電能不足且多于用戶負(fù)載的10%時，不向公共電網(wǎng)輸出電能，而從公共電網(wǎng)取不足部分電能補(bǔ)充送給用戶使用；在在光伏組件沒有輸出時，則直接將公共電網(wǎng)供給用戶使用；在公共電網(wǎng)因故失電時，限制了 “孤島效應(yīng)”的影響范圍，除并網(wǎng)逆變器外，其它部分正常工作，仍可向用戶供電，提高了光伏發(fā)電的利用率。并且隔離了用戶與公共電網(wǎng)的連接，減少了公共電網(wǎng)的負(fù)荷壓力，只將富余的電能送入公共電網(wǎng)，減少了光伏發(fā)電入網(wǎng)時對公共電網(wǎng)的影響。


圖1是本發(fā)明所述的光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，其中黑框中為本發(fā)明所述的光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框 圖2是本發(fā)明所述的光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的具體實(shí)施例的框 圖3是本發(fā)明所述的光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明所述的光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)1、光伏組件2、公共電網(wǎng)3以及用戶負(fù)載4。其中，所述控制系統(tǒng)I將光伏組件2產(chǎn)生的直流電流處理成市電對用戶負(fù)載4供電，也可以在光伏組件2不發(fā)電或產(chǎn)生的電力少于市電補(bǔ)償過程中的損耗時控制公共電網(wǎng)3直接對用戶負(fù)載4供電。當(dāng)光伏組件2產(chǎn)生的電力有剩余時，由控制系統(tǒng)I將剩余電力輸入公共電網(wǎng)3 “儲存”起來；當(dāng)光伏組件2產(chǎn)生的電力不足但超過用戶負(fù)載的10%時，公共電網(wǎng)3向控制系統(tǒng)I提供補(bǔ)償電力，共同向用戶負(fù)載供電；當(dāng)光伏組件2產(chǎn)生的電力不足用戶負(fù)載的10%時，由控制系統(tǒng)控制將光伏組件所發(fā)的電力直接輸送給公共電網(wǎng)3。如圖2所示，所述控制系統(tǒng)I包括直流升壓模塊、直流限功率變壓模塊、并網(wǎng)控制器、直流補(bǔ)償模塊、交流逆變模塊、交流切換模塊、監(jiān)測模塊和控制模塊。其中，所述光伏組件I分別與所述第一 DC-DC變換器和第一電流電壓檢測電路相連接。直流升壓模塊由第一電壓反饋檢測電路、第一 DC-DC變換器和第一 PWM控制電路構(gòu)成。第一電壓反饋檢測電路的輸出與第一 P麗控制電路相連接，第一 PWM控制電路的輸出與第一 DC-DC變換器相連接。第一 DC-DC變換器的輸出與第二 DC-DC變換器、直流補(bǔ)償電路、第一電壓反饋檢測電路和第二電壓反饋檢測電路相連接。直流限功率變壓模塊由第二 DC-DC變換器、第二 PWM控制電路、第二電壓反饋檢測電路和第三電壓反饋檢測電路構(gòu)成。第二電壓反饋檢測電路的輸出與第二 PWM控制電路相連接，第二 PWM控制電路的輸出與第二 DC-DC變換器相連接。第二 DC-DC變換器的輸出與第三電壓反饋檢測電路和并網(wǎng)逆變器相連接。第三電壓反饋檢測電路的輸出與第二 PWM控制電路相連接。具體而言，所述直流限功率變壓模塊在控制模塊、監(jiān)測模塊和并網(wǎng)逆變器配合下實(shí)現(xiàn)光伏組件輸出的富余電能并網(wǎng)輸出到公共電網(wǎng)“儲存”起來?？刂颇K通過監(jiān)測模塊判斷公共電網(wǎng)是否輸出有補(bǔ)償電流I，如果沒有輸出補(bǔ)償電流I，則說明太陽能有富余，此時控制直流限功率模塊增大輸出功率，增加并網(wǎng)輸出的電能；然后繼續(xù)監(jiān)測公共電網(wǎng)是否輸出有補(bǔ)償電流I，如果有輸出補(bǔ)償電流I，則說明并網(wǎng)輸出的電量過大，此時控制直流限功率模塊減小輸出功率，減少并網(wǎng)輸出的電能，由此保證光伏組件發(fā)電優(yōu)先于公共電網(wǎng)發(fā)電的使用。也就是說，有輸出補(bǔ)償電流I時，首先降低并網(wǎng)輸出的電能，優(yōu)先向用戶負(fù)載供電，如果仍有補(bǔ)償電流I，則繼續(xù)降低并網(wǎng)輸出的功率直至關(guān)閉直流限功率變壓模塊。如果關(guān)閉直流限功率變壓模塊停止將光伏組件輸出的電能并網(wǎng)輸出，仍不能足夠供應(yīng)用戶負(fù)載，則由公共電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。并網(wǎng)逆變器包括單相并網(wǎng)逆變器或三相并網(wǎng)逆變器。并網(wǎng)逆變器的輸出與公共電網(wǎng)3相連接。直流補(bǔ)償模塊由整流電路和直流補(bǔ)償電路構(gòu)成。整流電路的輸出與直流補(bǔ)償電路相連接。直流補(bǔ)償電路的輸出與DC-AC變換器和電壓檢測電路相連接。具體而言，在光伏組件的發(fā)電量少于用戶負(fù)載的用電量時，直流升壓模塊輸出的直流電壓Ul會低于公共電網(wǎng)的市電經(jīng)整流電路整流后輸入直流補(bǔ)償電路的直流電壓U2，從而使得公共電網(wǎng)自動通過直流補(bǔ)償電路對光伏組件產(chǎn)生的升壓后直流電流進(jìn)行補(bǔ)充供電，維持輸入交流逆變模塊的直流電壓U3不變，保證用戶負(fù)載的穩(wěn)定供電。而在光伏組件的發(fā)電量多于用戶負(fù)載的用電量時，直流升壓模塊輸出的直流電壓Ul會一直保持高于公共電網(wǎng)的市電經(jīng)整流電路整流后輸入直流補(bǔ)償電路的直流電壓U2，從而使得公共電網(wǎng)處于空載狀態(tài)，不會對用戶負(fù)載補(bǔ)充供電，維持由光伏組件獨(dú)立對用戶負(fù)載的穩(wěn)定供電。交流逆變模塊由DC-AC變換器、第三PWM控制電路和第四電壓反饋檢測電路構(gòu)成。DC-AC變換器包括正弦波逆變器和線路濾波器，其中所述正弦波逆變器采用單相正弦波逆變器或三相正弦波逆變器。DC-AC變換器的輸出與第四電壓反饋檢測電路、交流切換電路以及第二電流電壓檢測電路相連接。第四電壓反饋檢測電路的輸出與第三PWM控制電路相連接。第三PWM控制電路的輸出與DC-AC變換器相連接。交流切換模塊由交流切換電路構(gòu)成。交流切換電路的輸出與用戶負(fù)載相連接。監(jiān)測模塊由第一電流電壓檢測電路、第二電流電壓檢測電路、第三電流電壓檢測電路和電壓檢測電路構(gòu)成。其中，第一電流電壓檢測電路與光伏組件2的輸出相連接，以檢測其輸出的電流電壓信號；第二電流電壓檢測電路與交流切換電路的輸出相連接，以檢測其輸出的電流電壓信號；第三電流電壓檢測電路與公共電網(wǎng)3的輸出相連接，以檢測其輸出的電流和電壓信號；電壓檢測電路與第一 DC-DC變換器的輸出相連接，以檢測其輸出的電流電壓信號。上述第一電流電壓檢測電路、第二電流電壓檢測電路、第三電流電壓檢測電路和電壓檢測電路的輸出與單片機(jī)相連，向單片機(jī)提供檢測獲得的信號，以便單片機(jī)生成相關(guān)控制信號?？刂颇K由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成。單片機(jī)的輸出分別與第一 PWM控制電路、第二 PWM控制電路、第三PWM控制電路和交流切換電路相連接，以控制這些部件。公共電網(wǎng)3的輸出與交流切換電路、整流電路以及第三電流電壓檢測電路相連接。光伏組件2的輸出電能經(jīng)過第一 DC-DC變換器、第一 PWM控制電路和第一電流電壓檢測電路I構(gòu)成的DC-DC升壓電路升壓后輸出到直流補(bǔ)償電路，與公共電網(wǎng)經(jīng)過整流電路輸出到直流補(bǔ)償電路的電能進(jìn)行功率匹配后輸送給DC-AC變換器，在直流補(bǔ)償電路的干預(yù)下保證DC-DC升壓電路的電能優(yōu)先輸出；當(dāng)DC-DC升壓電路的輸出功率不足用戶使用時，直流補(bǔ)償電路自動加大公共電網(wǎng)的電能補(bǔ)充，以確保給用戶的電能輸出；在0(:-0(:升壓電路輸出功率足夠時，直流補(bǔ)償電路不從公共電網(wǎng)輸入電能，公共電網(wǎng)處于空載狀態(tài)。此時單片機(jī)通過第二 DC-DC變換器、第二 PWM控制電路、第二電壓反饋檢測電路和第三電壓反饋檢測電路構(gòu)成的直流限功率變壓模塊向并網(wǎng)逆變器輸出電能。單片機(jī)根據(jù)第三電流電壓檢測電路的輸出信號來控制第二 PWM控制電路，將多余的電能輸出到并網(wǎng)逆變器供給公共電網(wǎng)3。上述光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在單片機(jī)的調(diào)度下工作，如圖3所示，控制工作步驟如下:
步驟1:第三電流電壓檢測電路檢測公共電網(wǎng)3輸出的電流電壓信號，并將其提供給單片機(jī)；
步驟2:單片機(jī)根據(jù)上述信號對公共電網(wǎng)的輸出進(jìn)行判斷，如公共電網(wǎng)失電則執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟7;
步驟3:單片機(jī)輸出控制信號關(guān)閉第二 PWM控制電路，
步驟4:單片機(jī)輸出控制信號開啟第一 PWM控制電路和第三PWM控制電路；
步驟5:單片機(jī)輸出控制信號給交流切換電路斷開公共電網(wǎng)3與用戶負(fù)載4的連接；
步驟6:單片機(jī)輸出控制信號給交流切換電路接通DC-AC變換器的輸出與用戶負(fù)載4的連接，由光伏組件2對用戶負(fù)載4獨(dú)立供電，然后執(zhí)行步驟I ;
步驟7:第一電流電壓檢測電路檢測光伏組件2輸出的電流電壓信號并將其提供給單片機(jī)；
步驟8:單片機(jī)根據(jù)上述信號對光伏組件是否有輸出進(jìn)行判斷，如光伏組件2沒有輸出則執(zhí)行步驟9，否則執(zhí)行步驟11 ；
步驟9:單片機(jī)輸出控制信號關(guān)閉第一 PWM控制電路、第二 PWM控制電路和第三PWM控制電路；
步驟10:單片機(jī)輸出控制信號給交流切換電路接通公共電網(wǎng)3到用戶負(fù)載4，由公共電網(wǎng)3對用戶負(fù)載4獨(dú)立供電，然后執(zhí)行步驟I ;
步驟11:第二電流電壓檢測電路檢測輸入用戶負(fù)載的電流電壓信號并將其提供給單片機(jī)；
步驟12:單片機(jī)根據(jù)上述信號和第一電流電壓檢測電路檢測得到的光伏組件2輸出的電流電壓信號，對光伏組件的輸出和用戶負(fù)載的用電量進(jìn)行比較，如光伏組件2的輸出不足用戶負(fù)載用電量的10%，則執(zhí)行步驟13，否則執(zhí)行步驟16 ；
步驟13:單片機(jī)輸出控制信號關(guān)閉第三PWM控制電路；
步驟14:單片機(jī)輸出控制信號開啟第一 PWM控制電路和第二 PWM控制電路，光伏組件2發(fā)的電通過升壓、限功率變壓和并網(wǎng)逆變器逆變成市電輸入公共電網(wǎng)3，“儲存”在公共電網(wǎng)3中； 步驟15:單片機(jī)輸出控制信號給交流切換電路接通公共電網(wǎng)3到用戶負(fù)載4，由公共電網(wǎng)3對用戶負(fù)載4供電，然后執(zhí)行步驟I ;
步驟16:單片機(jī)輸出控制信號開啟第一 PWM控制電路和第三PWM控制電路；
步驟17:單片機(jī)輸出控制信號給交流切換電路接通DC-AC變換器的輸出與用戶負(fù)載4的連接；
步驟18:第三電流電壓檢測電路檢測公共電網(wǎng)3輸出的電流和電壓信號并將其提供給單片機(jī)；
步驟19:電壓檢測電路檢測直流補(bǔ)償電路輸出的電壓信號并將其提供給單片機(jī)；
步驟20:單片機(jī)對上述信號進(jìn)行比較，判斷光伏組件2輸出的電能是否有富余。如果直流補(bǔ)償電路輸出的電壓大于公共電網(wǎng)3輸出的電壓,則光伏組件2輸出的電能有富余；如果直流補(bǔ)償電路輸出的電壓不大于公共電網(wǎng)3輸出的電壓，則光伏組件2輸出的電能沒有富余。為了防止出現(xiàn)誤判，最好同時是對公共電網(wǎng)3輸出的電流進(jìn)行監(jiān)測。如果公共電網(wǎng)3輸出有電流，則此時公共電網(wǎng)3正在對光伏組件發(fā)電進(jìn)行補(bǔ)償，光伏組件2輸出的電能沒有富余；如果輸出電流為零，則表示光伏組件2輸出的電能可能有富余。光伏組件2輸出的電能有富余時，控制模塊輸出控制信號開啟直流限功率變壓模塊，將富余的電能通過并網(wǎng)逆變器輸入公共電網(wǎng)3 “儲存”起來。其中，富余多時，增大直流限功率變壓模塊的輸出功率，富余少時，減小直流限功率變壓模塊的輸出功率。沒有富余時，控制模塊輸出控制信號關(guān)閉第二 PWM控制電路，即關(guān)閉直流限功率變壓模塊。此時公共電網(wǎng)3輸出的電能通過整流電路輸入直流補(bǔ)償電路，對光伏組件2輸出的電能進(jìn)行直流補(bǔ)償，然后執(zhí)行步驟I。
權(quán)利要求
1.一種用于光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電的控制系統(tǒng)，其特征在于包括以下部件: 直流升壓模塊，與光伏組件相連接，用于對光伏組件產(chǎn)生的直流電進(jìn)行升壓，其輸出分別與直流補(bǔ)償模塊、直流限功率變壓模塊相連接； 直流限功率變壓模塊，與直流升壓模塊和控制模塊相連接，其輸出與并網(wǎng)逆變器相連接，用于根據(jù)控制信號將光伏組件輸出的富余的電能輸出給并網(wǎng)逆變器，進(jìn)而輸入公共電網(wǎng)； 并網(wǎng)逆變器，用于將直流限功率變壓模塊輸出的直流電流逆變成市電輸入公共電網(wǎng)，其輸出與公共電網(wǎng)相連接； 直流補(bǔ)償模塊，與公共電網(wǎng)和直流升壓模塊相連接，用于在光伏組件的發(fā)電量小于用戶負(fù)載的用電量時使得公共電網(wǎng)的市電可以對直流升壓模塊輸出的直流電流進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的直流電流輸出給所述交流逆變模塊，其輸出分別與交流逆變模塊和監(jiān)測模塊相連接； 交流逆變模塊，其輸出與用戶負(fù)載相連接，用于將直流補(bǔ)償模塊輸出的直流電流逆變?yōu)槭须姾筝敵鼋o用戶負(fù)載； 交流切換模塊，用于根據(jù)控制模塊的控制，將用戶負(fù)載的輸入電流在公共電網(wǎng)和交流逆變模塊之間切換； 監(jiān)測模塊，用于采集公共電網(wǎng)輸出的電流電壓信號、光伏組件輸出的電流電壓信號、交流切換模塊輸出的電流電壓信號以及直流補(bǔ)償模塊輸出的電壓信號，并將上述信號發(fā)送給控制模塊； 以及控制模塊，與監(jiān)測模塊連接，用于接收監(jiān)測模塊輸入的電流電壓信號并根據(jù)上述信號發(fā)出控制信號分別控制直流升壓模塊、直流限功率變壓模塊、交流逆變模塊和交流切換模塊工作。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述直流升壓模塊由第一電壓反饋檢測電路、第一 DC-DC變換器和第一 PWM控制電路構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述直流限功率變壓模塊由第二DC-DC變換器、第二 PWM控制電路、第二電壓反饋檢測電路和第三電壓反饋檢測電路構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述并網(wǎng)逆變器包括單相并網(wǎng)逆變器或三相并網(wǎng)逆變器。
5.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述直流補(bǔ)償模塊由整流電路和直流補(bǔ)償電路構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述交流逆變模塊由DC-AC變換器、第三PWM控制電路和第四電壓反饋檢測電路構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述DC-AC變換器包括正弦波逆變器和線路濾波器，其中所述正弦波逆變器采用單相正弦波逆變器或三相正弦波逆變器。
8.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述交流切換模塊由交流切換電路構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測模塊由第一電流電壓檢測電路、第二電流電壓檢測電路、第三電流電壓檢測電路和電壓檢測電路構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制模塊由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成。
11.一種光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏組件、公共電網(wǎng)和用戶負(fù)載，其特征在于還包括如權(quán)利要求1-10所述的任一控制系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求11所述的光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述光伏組件的發(fā)電量至少大于用戶負(fù)載的用電量的10%。
13.—種使用如權(quán)利要求1-10所述的任一控制系統(tǒng)控制光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電的方法,其特征在于包括以下步驟: (1)光伏組件開啟進(jìn)行發(fā)電； (2)控制模塊判斷公共電網(wǎng)是否失電； (3)如果公共電網(wǎng)失電，則控制模塊輸出控制信號關(guān)閉直流限功率變壓模塊，開啟直流升壓模塊和交流逆變模塊，控制交流切換模塊將交流逆變輸出接通到用戶負(fù)載，由光伏組件獨(dú)立對用戶負(fù)載供電； (4)如果公共電網(wǎng)不失電，則控制模塊比較光伏組件的發(fā)電量和用戶負(fù)載的用電量； 如果光伏組件的發(fā)電量大于用戶負(fù)載的用電量，則控制模塊輸出控制信號啟動直流升壓模塊和交流逆變模塊，控制交流切換模塊將交流逆變輸出接通到用戶負(fù)載，由光伏組件獨(dú)立對用戶負(fù)載供電，同時啟動直流限功率變壓模塊，將光伏組件所發(fā)的富余電能通過并網(wǎng)逆變器逆變成市電 輸入公共電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)富余電能并網(wǎng)； 其中，控制模塊通過監(jiān)測模塊檢測公共電網(wǎng)輸出的補(bǔ)償電流和直流補(bǔ)償模塊的輸出電壓，如果公共電網(wǎng)沒有輸出補(bǔ)償電流并且直流補(bǔ)償模塊輸出的直流電壓高于公共電網(wǎng)市電通過整流后的直流電壓，則表明光伏組件發(fā)電有富余，此時控制模塊控制直流限功率變壓模塊增大輸出功率，將光伏組件所發(fā)的富余電能并網(wǎng)輸出至公共電網(wǎng)；然后繼續(xù)監(jiān)測公共電網(wǎng)輸出的補(bǔ)償電流和直流補(bǔ)償模塊的輸出電壓，如果有公共電網(wǎng)補(bǔ)償電流或者直流補(bǔ)償模塊輸出的直流電壓低于公共電網(wǎng)市電通過整流后的直流電壓，則表明光伏組件輸送給用戶負(fù)載的電量不夠，此時控制直流限功率變壓模塊減小輸出功率，減少并網(wǎng)輸出至公共電網(wǎng)的電量，直至關(guān)閉直流限功率變壓模塊，停止將光伏組件所發(fā)的電能并網(wǎng)輸出至公共電網(wǎng)； 如果光伏組件的發(fā)電量小于用戶負(fù)載的用電量，則控制模塊輸出控制信號關(guān)閉直流限功率變壓模塊，由公共電網(wǎng)對光伏組件輸出的電能進(jìn)行直流補(bǔ)償，共同向用戶負(fù)載供電。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述步驟(4)還包括以下步驟: 如果公共電網(wǎng)不失電并且光伏組件的發(fā)電量小于用戶負(fù)載的用電量，則進(jìn)一步判斷光伏組件的發(fā)電量是否小于用戶負(fù)載的用電量的10%; 如果是，則啟動直流生涯模塊和直流限功率變壓模塊，關(guān)閉交流逆變模塊，將光伏組件輸出的電能全部通過并網(wǎng)逆變器逆變成市電輸入公共電網(wǎng)，并控制交流切換模塊將公共電網(wǎng)的輸出接通到用戶負(fù)載，由公共電網(wǎng)獨(dú)立對用戶負(fù)載供電； 如果否，則控制模塊輸出控制信號關(guān)閉直流限功率變壓模塊，啟動直流生涯模塊和交流逆變模塊，由公共電網(wǎng)對光伏組件輸出的電能進(jìn)行直流補(bǔ)償，補(bǔ)償后的直流電流經(jīng)交流逆變模塊逆變成市電后向用戶負(fù)載供電。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于還包括以下步驟:如果公共電網(wǎng)有電，并且光伏組件沒有輸出，則控制模塊輸出控制信號關(guān)閉直流限功率變壓模塊、直流升壓模塊和交流逆變模塊，并控制 交流切換模塊將公共電網(wǎng)的輸出接通到用戶負(fù)載，由公共電網(wǎng)獨(dú)立對用戶負(fù)載供電。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于光伏輔助并網(wǎng)發(fā)電的控制系統(tǒng)及其控制方法。所述系統(tǒng)包括以下部件直流升壓模塊，直流限功率變壓模塊，并網(wǎng)逆變器，直流補(bǔ)償模塊，交流逆變模塊，交流切換模塊，監(jiān)測模塊以及控制模塊。所述方法包括以下步驟光伏組件開啟進(jìn)行發(fā)電；判斷公共電網(wǎng)是否失電如果是，則由光伏組件獨(dú)立對用戶負(fù)載供電；如果否，且光伏組件的發(fā)電量大于用戶負(fù)載的用電量，則由光伏組件獨(dú)立對用戶負(fù)載供電，同時將富余電能并網(wǎng)輸入公共電網(wǎng)，如果光伏組件的發(fā)電量小于用戶負(fù)載的用電量，則由公共電網(wǎng)對光伏組件輸出的電能進(jìn)行直流補(bǔ)償。采用本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)和方法，光伏發(fā)電的能源利用效率高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
文檔編號H02J3/38GK103178549SQ20131013777
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月21日
發(fā)明者胥明軍 申請人:胥明軍