太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)及方法，本發(fā)明通過合理控制整體太陽能電網系統(tǒng)中光伏陣列的輸出功率從而實現(xiàn)控制整體太陽能系統(tǒng)的輸出功率，以保證整體太陽能電網發(fā)電系統(tǒng)的均衡、持續(xù)、穩(wěn)定輸出，并且太陽能電網端與市政電網端是通過交流聯(lián)網后共同向負載供電。本發(fā)明實現(xiàn)了太陽能電網端發(fā)的電“就地、高效、優(yōu)先使用”的目標；控制系統(tǒng)對市政電網供電端增設防逆流控制裝置，以防止太陽能電網發(fā)的電能流向市政電網，從而保證了市政電網的清潔，避免了太陽能電網對市政電網的污染和影響。
【專利說明】太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及可再生能源發(fā)電應用的【技術領域】，特別涉及一種太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)及方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]目前，隨著世界各國范圍內能源危機的爆發(fā)，全球能源都面臨著巨大的壓力與挑戰(zhàn)，在此大環(huán)境下，類似太陽能、風能、潮汐能等可再生新型能源成為一支新秀，逐步得到人們的親睞。但與此同時，這些新型可再生能源又有一個最大的弊病，那就是在給予負載端能量消耗時無法保證長期穩(wěn)定的輸出供給，這便使得新型可再生能源在發(fā)展端遇到巨大的阻力，同時也導致新型可再生能源在緩解世界性能源危機上面的功效大打折扣。
[0004]
【發(fā)明內容】

[0005]針對【背景技術】的不足，本發(fā)明提出了一種太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)及方法，既保證了新型可再生能源太陽能的利用，同時也使得市政電網在太陽能功率不足時給予補給，以確保負載端長期、持續(xù)、穩(wěn)定、高效地工作。
[0006]本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術方案是:一種太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，與太陽能電網端、市政電網端、直流負載端和交流負載端相連，其特征在于:包括直流控制模塊、交流控制模塊、防逆流控制模塊、整流控制模塊、主控模塊、采樣檢測模塊、輸入模塊和輸出模塊；
所述的太陽能電網端、直流控制模塊、交流控制模塊、采樣檢測模塊、防逆流控制模塊和交流負載端順序連接；
所述的市政電網端、防逆流控制模塊和交流負載端順序連接；
所述的采樣檢測模塊一端與主控模塊連接，另一端分別與所述的市政電網端、交流控制模塊、防逆流控制模塊連接，用于檢測所述的太陽能電網端發(fā)電的輸出電壓電流的頻率、相位和幅值以及功率，市政電網端供電的輸出電壓電流的頻率、相位和幅值以及功率，及二者經過所述的防逆流控制模塊后合并輸出電壓電流的頻率、相位和幅值以及功率；
所述的整流控制模塊一端與所述的防逆流控制模塊連接，另一端與所述的直流負載端連接；
所述的主控模塊分別與直流控制模塊、交流控制模塊、采樣檢測模塊、防逆流控制模塊、輸入模塊和輸出模塊連接，用于處理和判斷所述的采樣檢測模塊送來的采樣信號，實時比較所述的太陽能電網端和市政電網端的電壓電流的幅值、頻率和相位以及功率，合理控制太陽能電網與市政電網聯(lián)合向所述的直流負載端和交流負載端供電。
[0007]作為優(yōu)選，所述的直流控制模塊包括DC/DC電壓升壓電路、第一 IPM模塊和MCU，所述的MCU —端與所述的主控模塊連接，另一端通過所述的第一 IPM模塊與所述的DC/DC電壓升壓電路輸入端連接，所述的太陽能電網端通過所述的DC/DC電壓升壓電路與所述的交流控制模塊連接，用于實現(xiàn)所述的太陽能電網端的電池板最大功率跟蹤，使得在大氣環(huán)境或者外圍負載變化的情況下，保證太陽能電網端的光伏陣列一直工作在最大功率點，以確保太陽能電網端發(fā)電的高效性。
[0008]作為優(yōu)選，所述的交流控制模塊包括DC/AC逆變電路和第二 IPM模塊，所述的主控模塊通過所述的第二 IPM模塊與所述的DC/AC逆變電路輸入端連接，所述的直流控制模塊通過所述的DC/AC逆變電路與所述的采樣檢測模塊連接，用于對所述的主控模塊輸出的脈寬調制PWM信號進行相應的功率放大，用以驅動交流控制模塊中逆變橋電路的正常工作，同時在異常情況下及時有效地進行相應的自我保護。其有益效果是:主控模塊可根據檢測到的信號，經過最優(yōu)算法處理后，控制DC/AC逆變電路，進而控制DC/AC逆變電路輸出的交流電流為穩(wěn)定地，高品質的正弦波，并且與市電同幅同頻同相。
[0009]作為優(yōu)選，所述的采樣檢測模塊包括采樣檢測電路，用于所述的太陽能電網端經過所述的交流控制模塊之后輸出的電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測，市政電網端的輸出電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測，及太陽能電網端與市政電網端經過所述的防逆流控制模塊合并后的輸出電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測，并及時地傳遞給所述的主控模塊，以便于主控模塊及時做出預處理判斷。
[0010]作為優(yōu)選，所述的防逆流控制模塊包括第一繼電器、第一接觸器、第二繼電器和第二接觸器，所述的主控模塊通過所述的第一繼電器與所述的第一接觸器輸入端連接，所述的市政電網端通過所述的第一接觸器與所述的交流負載端相連，所述的主控模塊通過所述的第二繼電器與所述的第二接觸器輸入端連接，所述的采樣檢測模塊通過所述的第二接觸器與所述的交流負載端相連，用于當發(fā)現(xiàn)在一定的時間內通過調節(jié)太陽能電網端的發(fā)電功率無法使得市政電網端消除功率的逆向流動時，通過所述的主控模塊控制所述的第一繼電器和第二繼電器，進而控制所述的第一接觸器和第二接觸器使市政電網端與用電系統(tǒng)和太陽能電網端供電系統(tǒng)斷開，以確保整個系統(tǒng)的安全性。所述的防逆流控制模塊采用閉環(huán)控制，其有益效果是:當采樣檢測模塊檢測到太陽能電網端發(fā)電的能量向市政電網端逆向流動時，或者當檢測到太陽能電網端發(fā)電能完全滿足負載的功耗時，主控模塊通過對采樣數(shù)據進行合理的分析和處理，給出相應的控制指令，迅速使得太陽能電網端的輸出功率在一定程度內降低，以保證太陽能電網端的能量不會向市政電網端逆向流動。
[0011]作為優(yōu)選，所述的整流控制模塊包括AC/DC逆變電路，用于將所述的太陽能電網端和市政電網端并網后的交流電整流為不同幅值的直流電，以便供給不同幅值的直流負載端使用，最大程度的滿足各種型號負載的用電要求。
[0012]作為優(yōu)選，所述的主控模塊采用TI公司的型號為TMS320F28335的DSP芯片。其有益效果是:本發(fā)明的控制系統(tǒng)中不含有任何蓄電池等類似儲能裝置，太陽能電網端發(fā)的電能作為優(yōu)先電源，而市政電網端中的電能作為補充電源，從而實現(xiàn)了太陽能發(fā)的電“就地、高效、優(yōu)先、低污染使用”的目標；本發(fā)明的控制系統(tǒng)對市政電網端中的電能質量實施無逆流控制，以防止太陽能電網端發(fā)的電能流向市政電網端，從而確保市政電網端的清潔與安全。
[0013]作為優(yōu)選，所述的輸入模塊為鍵盤輸入模塊。
[0014]作為優(yōu)選，所述的輸出模塊為液晶顯示器。[0015]作為優(yōu)選，所述的DC/DC電壓升壓電路采用的是三菱公司的智能功率模塊PM15RSH120。
[0016]作為優(yōu)選，所述的DC/AC逆變電路采用的三菱公司的智能功率模塊PM75CL1A120。
[0017]本發(fā)明的利用太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)進行太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制的方法，其特征在于，包括以下步驟:
步驟1:控制模塊接收來自采樣檢測模塊的檢測參數(shù)，所述的參數(shù)包括太陽能電網端發(fā)出的電壓電流的頻率、相位和幅值，市政電網端的電壓電流的頻率、相位和幅值，及太陽能電網端與市政電網端經過所述的防逆流控制模塊合并后的輸出電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測；
步驟2:將各種所述的參數(shù)傳送到控制模塊中；
步驟3:控制模塊將采樣到的數(shù)據不斷地進行當量規(guī)整；
步驟4:對當量規(guī)整后的數(shù)據進行進一步的比較判斷，
當?shù)贸龅奶柲馨l(fā)電功率大于負載功耗時，立刻向防逆流控制模塊發(fā)出保護動作的指令，切斷市政電網端，調整控制器使太陽能電網發(fā)電功率與實際負載功率相匹配，然后繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行所述的步驟I ;
當?shù)贸龅奶柲馨l(fā)電功率小于等于負載功耗時，則順序執(zhí)行下述步驟5 ；
步驟5:進一步比較檢測太陽能電網發(fā)電功率是否能滿足本控制系統(tǒng)自身工作所需要的功耗PO，
如果太陽能電網發(fā)電量小于PO，說明太陽能電網端電池板不能向負載提供多余的能量了，此時向防逆流控制模塊發(fā)出保護動作指令，切斷太陽能電網端供電，負載所需要的功率消耗應全部由市政電網端來供應，然后繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行所述的步驟I ;
如果太陽能電網發(fā)電量不小于PO，說明太陽能電網端可以向負載提供一定的能量，則順序執(zhí)行下述步驟6 ；
步驟6:合理調節(jié)本控制系統(tǒng)，使太陽能電網端與市政電網端聯(lián)合向直流負載端和交流負載端供電；
步驟7:進一步檢測市政電網端有無功率逆向流動；
如果市政電網端有功率逆向流動，則反饋給主控模塊，由其發(fā)出控制指令，使太陽能電網端的發(fā)電功率適當下降，然后繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行所述的步驟5 ；
如果市政電網端沒有功率逆向流動，則繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行所述的步驟I。
[0018]本發(fā)明的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電就是以太陽能電網和市政電網聯(lián)網共同向負載供電，而且在供電時，太陽能電網在任何情況下都不會有能量流向市政電網，只有當太陽能發(fā)電不能滿足負載的功耗時，市政電網作為補充供應，本發(fā)明的供電方式的主要特征是:
(1)控制器中不包含任何類似蓄電池等儲能裝置，保證太陽能電網發(fā)電就地使用；
(2)太陽能電網發(fā)電的使用，不會對市政電網的正常供電產生任何影響；
(3)太陽能電網發(fā)電不會向市政電網提供能量，保證太陽能電網發(fā)電不向市政電網的功率流動；
(4)太陽能電網發(fā)電作為優(yōu)先電源，市政電網作為補充電源，保證太陽能電網發(fā)電高效、優(yōu)先的使用； (5)不僅可以供給交流負載，還可以供給直流負載；
本發(fā)明設計的一種太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，不是將市政電網經整流后與太陽能電網在直流側匯流之后再逆變供給負載使用，而是通過合理控制整體太陽能光伏陣列的輸出功率從而實現(xiàn)控制輸出功率，保證太陽能光伏陣列的均衡、穩(wěn)定輸出，并且太陽能電網發(fā)的電經DC/DC升壓和DC/AC逆變后與市政電網提供的電能量在交流側聯(lián)網后共同向負載供電，既能供給交流負載，同時也可以供給直流負載。
[0019]本發(fā)明設計的一種太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，由太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)網共同向負載供電，通過合理調整控制策略來調節(jié)兩者輸出功率的分配，以匹配負載的能量消耗，同時必須保證優(yōu)先使用太陽能電網發(fā)電向負載以最大功率提供能量，差額部分再由補充電源市政電網來補充提供，而且太陽能電網發(fā)電不會向市政電網發(fā)生逆向功率流動。太陽能電網發(fā)電這種發(fā)電方式中增設了 MPPT最大功率跟蹤，大大提高了太陽能電網發(fā)電的發(fā)電效率，并且由于沒有任何儲能裝置所以不會產生對環(huán)境的二次污染，同時也避免了在儲能過程中相應的能量損耗，大大提高了太陽能電網發(fā)電的使用效率，而且也不會對市政電網的電能質量產生諧波危害，保證了市政電網的清潔與安全，既能供給交流負載，也可供給直流負載。
[0020]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1:本發(fā)明的系統(tǒng)實施例的具體內部結構圖。
[0022]圖2:本發(fā)明的方法實施例的流程圖。
[0023]
【具體實施方式】
[0024]以下結合具體實施例和附圖對本發(fā)明最進一步的說明。
[0025]請見圖1，本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術方案是:一種太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，與太陽能電網端9、市政電網端10、直流負載端11和交流負載端12相連，其特征在于:包括直流控制模塊1、交流控制模塊2、防逆流控制模塊3、整流控制模塊
4、主控模塊5、采樣檢測模塊6、輸入模塊7和輸出模塊8 ；
直流控制模塊I包括DC/DC電壓升壓電路101、第一 IPM模塊102和MCU103，MCU103 —端與主控模塊5連接，另一端通過第一 IPM模塊102與DC/DC電壓升壓電路101輸入端連接，太陽能電網端9通過DC/DC電壓升壓電路101與交流控制模塊2連接，用于實現(xiàn)太陽能電網端9的電池板最大功率跟蹤，使得在大氣環(huán)境或者外圍負載變化的情況下，保證太陽能電網端9的光伏陣列一直工作在最大功率點，以確保太陽能電網端9發(fā)電的高效性；交流控制模塊2包括DC/AC逆變電路201和第二 IPM模塊202，主控模塊5通過第二IPM模塊202與DC/AC逆變電路201輸入端連接，直流控制模塊I通過DC/AC逆變電路201與采樣檢測模塊6連接，用于對主控模塊5輸出的脈寬調制PWM信號進行相應的功率放大，用以驅動交流控制模塊2中逆變橋電路的正常工作，同時在異常情況下及時有效地進行相應的自我保護；
采樣檢測模塊6包括采樣檢測電路601，用于太陽能電網端9經過交流控制模塊2之后輸出的電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測，市政電網端10的輸出電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測，及太陽能電網端9與市政電網端10經過防逆流控制模塊3合并后的輸出電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測，并及時地傳遞給主控模塊5，以便于主控模塊5及時做出預處理判斷；
防逆流控制模塊3包括第一繼電器301、第一接觸器302、第二繼電器303和第二接觸器304，主控模塊5通過第一繼電器301與第一接觸器302輸入端連接，市政電網端10通過第一接觸器302與交流負載端12相連，主控模塊5通過第二繼電器303與第二接觸器304輸入端連接，采樣檢測模塊6通過第二接觸器304與交流負載端12相連，用于當發(fā)現(xiàn)在一定的時間內通過調節(jié)太陽能電網端9的發(fā)電功率無法使得市政電網端10消除功率的逆向流動時，通過主控模塊5控制第一繼電器301和第二繼電器303，進而控制第一接觸器302和第二接觸器304使市政電網端10與用電系統(tǒng)和太陽能電網端9供電系統(tǒng)斷開，以確保整個系統(tǒng)的安全性；
整流控制模塊4包括AC/DC逆變電路401，用于將太陽能電網端9和市政電網端10并網后的交流電整流為不同幅值的直流電，以便供給不同幅值的直流負載端11使用，最大程度的滿足各種型號負載的用電要求；
太陽能電網端9、直流控制模塊1、交流控制模塊2、采樣檢測模塊6、防逆流控制模塊3和交流負載端12順序連接；
市政電網端10、防逆流控制模塊3和交流負載端12順序連接；
采樣檢測模塊6 —端與主控模塊5連接，另一端分別與市政電網端10、交流控制模塊
2、防逆流控制模塊3連接，用于檢測太陽能電網端9發(fā)電的輸出電壓電流的頻率、相位和幅值以及功率，市政電網端10供電的輸出電壓電流的頻率、相位和幅值以及功率，及二者經過防逆流控制模塊后合并輸出電壓電流的頻率、相位和幅值以及功率；
整流控制模塊4 一端與防逆流控制模塊3連接，另一端與直流負載端11連接；
主控模塊5分別與直流控制模塊1、交流控制模塊2、采樣檢測模塊6、防逆流控制模塊
3、輸入模塊7和輸出模塊8連接，用于處理和判斷采樣檢測模塊6送來的采樣信號，實時比較太陽能電網端9和市政電網端10的電壓電流的幅值、頻率和相位以及功率，合理控制太陽能電網與市政電網聯(lián)合向直流負載端11和交流負載端12供電。
[0026]其中，主控模塊5采用TI公司的型號為TMS320F28335的DSP芯片，主控模塊5主要負責完成的任務是:1.檢測多路相應的采樣信號，在經過一定算法處理后，給出相應的輸出控制信號，用來控制DC/AC逆變電路的相應輸出；2.完成鎖相功能，用來確?？刂颇孀冸娐份敵龊蟮慕涣麟姙榉€(wěn)定地，高品質的正弦波，并且與電網同壓同頻同相；3.比較太陽能電網端9和市政電網端10的電壓電流的幅值、頻率和相位，合理控制供電模式，以確保負載安全、穩(wěn)定的運行狀態(tài)；4.與直流模塊I的MCU進行實時通信，在必要的時候協(xié)調控制，使得太陽能電網端9的發(fā)電功率符合系統(tǒng)的實際要求；5.對各路采樣信號進行了預處理之后，要及時判斷各供電支路的安全穩(wěn)定性，若發(fā)現(xiàn)某一支路電壓、電流或者功率存在異常時，要立刻進行分析判斷原因，在必要的時候及時切斷相應的部分電腦，以確保其他電路部分的正常、高效、穩(wěn)定運行。
[0027]采樣檢測模塊6的主要功能是收集相關的采樣或檢測信息，并及時地傳遞給主控模塊5，以便于主控模塊5及時做出預處理判斷。當本系統(tǒng)在正常運行的時候，為系統(tǒng)各部分提供正確參數(shù)或指標，給出正確的輸入控制量，為系統(tǒng)的安全、高效、穩(wěn)定運行提供可靠的參考前提。當整個系統(tǒng)發(fā)生一定故障的時候，也能及時反饋一些重要的參數(shù)指標送入主控模塊5，這樣便可以幫助主控模塊5迅速進行故障定位，從而做出相應的處理和診斷，這樣便大大降低了故障率和維修率，進一步提高了整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。
[0028]輸入模塊為鍵盤輸入模塊，主要作用在于給用戶或者工程師提供一個編程平臺。當外圍的具體使用環(huán)境發(fā)生變化的時候，我們可以人為的修改控制器相應的設定參數(shù)，以求使控制器一直工作在穩(wěn)定高效的狀態(tài)。
[0029]輸出模塊為液晶顯示器，主要作用在于給用戶或者工程師提供一個參考平臺。用戶或者工程師可以從顯示屏上面直觀、實時地了解到整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，便于人們進行控制器設備在運行中的各項參數(shù)收集和調整。
[0030]DC/DC電壓升壓電路101采用的是三菱公司的智能功率模塊PM15RSH120，與單片機(MCU)相配合，該模塊可以實現(xiàn)太陽能電網端9發(fā)電系統(tǒng)中電池板的最大功率跟蹤(MPPT)，并通過脈寬調制(PWM)的控制算法來實現(xiàn)，這便使得在大氣環(huán)境或者外圍負載變化的情況下，都能夠保證太陽能電網端9的光伏陣列一直工作在最大功率點，以確保太陽能電網端9發(fā)電的高效性。
[0031]DC/AC逆變電路201采用的三菱公司的智能功率模塊PM75CL1A120，因其開關頻率可以高達20kHz，完全可以滿足系統(tǒng)模塊的需求。并且集成的控制電路也提供了相應的驅動電路，IGBT以及設有反向二極管的安全保護電路。DC/AC逆變電路的主要工作任務即為對主控模塊輸出的PWM信號進行相應的功率放大，用以驅動逆變橋電路的正常工作，以此來實現(xiàn)將太陽能電網端中電池板的直流電壓經過DC/DC后的二級直流電經DC/AC逆變后轉換成為比市電略高，頻率、相位一致的380V三相交流電或者220V單相交流電，同時在異常情況下還能及時有效地進行相應的自我保護。
[0032]請見圖2，利用本發(fā)明的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)進行太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制的方法，其特征在于，包括以下步驟:
步驟1:控制模塊5接收來自采樣檢測模塊6的檢測參數(shù)，參數(shù)包括太陽能電網端9發(fā)出的電壓電流的頻率、相位和幅值，市政電網端10的電壓電流的頻率、相位和幅值，及太陽能電網端9與市政電網端10經過防逆流控制模塊3合并后的輸出電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測；
步驟2:將各種參數(shù)傳送到控制模塊5中；
步驟3:控制模塊5將采樣到的數(shù)據不斷地進行當量規(guī)整；
步驟4:對當量規(guī)整后的數(shù)據進行進一步的比較判斷，
當?shù)贸龅奶柲馨l(fā)電功率大于負載功耗時，立刻向防逆流控制模塊3發(fā)出保護動作的指令，切斷市政電網端10，調整控制器使太陽能電網發(fā)電功率與實際負載功率相匹配，然后繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行步驟I ;
當?shù)贸龅奶柲馨l(fā)電功率小于等于負載功耗時，則順序執(zhí)行下述步驟5 ；
步驟5:進一步比較檢測太陽能電網發(fā)電功率是否能滿足本控制系統(tǒng)自身工作所需要的功耗PO，
如果太陽能電網發(fā)電量小于PO，說明太陽能電網端9電池板不能向負載提供多余的能量了，此時向防逆流控制模塊3發(fā)出保護動作指令，切斷太陽能電網端9供電，負載所需要的功率消耗應全部由市政電網端10來供應，然后繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行步驟I ;
如果太陽能電網發(fā)電量不小于PO，說明太陽能電網端9可以向負載提供一定的能量，則順序執(zhí)行下述步驟6 ；
步驟6:合理調節(jié)本控制系統(tǒng)，使太陽能電網端9與市政電網端10聯(lián)合向直流負載端11和交流負載端12供電；
步驟7:進一步檢測市政電網端10有無功率逆向流動；
如果市政電網端10有功率逆向流動，則反饋給主控模塊5，由其發(fā)出控制指令，使太陽能電網端9的發(fā)電功率適當下降，然后繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行步驟5 ;
如果市政電網端10沒有功率逆向流動，則繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行步驟I。
[0033]本發(fā)明的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，需要實現(xiàn)以下功能:
(1)太陽能電網與市政電網共同向負載供電:X當太陽能電網發(fā)電功率大于負載所需功率時，不需要市政電網提供任何功率，此時，控制系統(tǒng)將市政電網的功率分配設置為零，負載所需要的功耗全部由太陽能電網發(fā)電提供；2:當太陽能電網發(fā)電功率小于某一固定值(即太陽能電網發(fā)電系統(tǒng)自身所需消耗功率)時，太陽能電網供電端將被控制系統(tǒng)切斷，負載所需要的功率全部由市政電網來提供當太陽能電網發(fā)電功率小于負載所需功率，但同時又大于太陽能系統(tǒng)自身消耗時，太陽能電網發(fā)電以最大功率輸出，負載所需功耗的差額部分由市政電網來提供。也就是在整個供電的過程中，太陽能電網發(fā)電的功率是全部優(yōu)先供給負載使用，當太陽能電網發(fā)電能量不夠時，負載所需要的差額部分再由市政電網來進行補充；
(2)整個系統(tǒng)使得太陽能電網端和市政電網端聯(lián)合向負載進行能量供應，無論在何種情況下，負載的能量需求都會得到滿足，并不會因為天氣或者其他的一些太陽能電網發(fā)電系統(tǒng)中的一些小故障而導致用戶的負載斷電，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和實用性，也最大程度地保證了用戶安全、持續(xù)、穩(wěn)定的用電需求；
(3)整個系統(tǒng)對市政電網端的電能質量實施了無逆流控制，防止太陽能電網發(fā)的電能流向市政電網中，確保了市政電網的清潔與安全；
(4)整個系統(tǒng)中不包含任何蓄電池等儲能裝置，對環(huán)境沒有任何的二次污染，太陽能電網的發(fā)電利用效率也因此而大大提高，太陽能電網所發(fā)的電能是作為優(yōu)先電源來使用的，而市政電網中所提供的電能是作為補充電源來使用的，實現(xiàn)使太陽能電網發(fā)的電“就地、高效、優(yōu)先、低污染使用”的目標；
(5)既能給相應的交流負載提供穩(wěn)定、持續(xù)、高效的電能，同時也能給相應的直流負載提供穩(wěn)定、持續(xù)、高效的電能；
(6)鍵盤輸入模塊可以對整個系統(tǒng)程序進行相應的最優(yōu)化修改，以便本控制器在不同的環(huán)境中都能發(fā)揮其最大的作用；
(7)液晶顯示模塊可以實時顯示各部分系統(tǒng)參數(shù)，以便操作人員能夠更加直觀地了解系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)，在出現(xiàn)故障或者必要情況下可以人為關斷系統(tǒng)，最大程度地保障整個系統(tǒng)及用電負載的安全。
[0034]本發(fā)明的應用是具有很廣闊的前景的，現(xiàn)在先以一居民家庭用電系統(tǒng)為例進行本發(fā)明的實用分析。一般家庭家里常年會有電冰箱、熱水器、電視機等一些常用家用電器，尤其是在炎炎夏日，空調使用后的涼爽、舒適與令人頭疼的高額電費經常讓人們難以權衡。而即使這家居民安裝有太陽能熱水器，也僅僅只能供燒熱水之用，不能對太陽能進行進一步的開發(fā)和利用。這便使得夏季最優(yōu)質的太陽能資源被大大浪費。但是如果這一居民用戶安裝有本發(fā)明的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)之后，將本控制系統(tǒng)接入用戶內供電，那么所有家用電器都可以優(yōu)先使用太陽能電網發(fā)的電能，如果家用電器設備功耗過大，太陽能電網發(fā)的電不足以滿足這些家用電器的全部功耗時，那么差額部分再由市政電網端來提供，那么這樣便可以使得這一居民用戶的電費開支減少很多。如果范圍再擴大一點，比如在一整個小區(qū)內，物業(yè)公司可以在建筑的樓頂安裝大量的太陽能光伏陣列，用來作為這個小區(qū)的電能優(yōu)先使用電源，這樣一來，樓棟里面的照明等一些基本用電設備都可以運行，并且不需要耗費市政電網的電能，既節(jié)省了小區(qū)的用電開支，也節(jié)約了電能。再比如在小區(qū)的配電中心里面安裝一個本控制系統(tǒng)，由于不同的業(yè)主在各自的家中用電都比較分散，不便于高效利用，而這樣把本控制系統(tǒng)安裝在小區(qū)的配電中心里面，就可以將分散的電能消耗集中起來，無形當中便使太陽能電網發(fā)電的利用率大大提高，物業(yè)公司同時也可以減少對市政電網的用電依賴。這也在本質上充分體現(xiàn)出了開發(fā)和利用新能源的目標。
[0035]當然，在本發(fā)明中，不僅僅局限于太陽能的利用。在其太陽能電網的發(fā)電輸入端，同樣可以更換成相應的風力發(fā)電、水力發(fā)電、潮汐發(fā)電、生物質能源發(fā)電等其他形式的可再生能源。
[0036]以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍，因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，與太陽能電網端(9)、市政電網端(10)、直流負載端(11)和交流負載端(12)相連，其特征在于:包括直流控制模塊(I)、交流控制模塊(2)、防逆流控制模塊(3)、整流控制模塊(4)、主控模塊(5)、采樣檢測模塊(6)、輸入模塊(7)和輸出模塊(8)； 所述的太陽能電網端(9)、直流控制模塊(1)、交流控制模塊(2)、采樣檢測模塊(6)、防逆流控制模塊(3)和交流負載端(12)順序連接； 所述的市政電網端(10)、防逆流控制模塊(3)和交流負載端(12)順序連接； 所述的采樣檢測模塊(6) —端與主控模塊(5)連接，另一端分別與所述的市政電網端(10)、交流控制模塊(2)、防逆流控制模塊(3)連接，用于檢測所述的太陽能電網端(9)發(fā)電的輸出電壓電流的頻率、相位和幅值以及功率，市政電網端(10)供電的輸出電壓電流的頻率、相位和幅值以及功率，及二者經過所述的防逆流控制模塊后合并輸出電壓電流的頻率、相位和幅值以及功率； 所述的整流控制模塊(4) 一端與所述的防逆流控制模塊(3)連接，另一端與所述的直流負載端(11)連接； 所述的主控模塊(5)分別與直流控制模塊(I)、交流控制模塊(2)、采樣檢測模塊(6)、防逆流控制模塊(3)、輸入模塊(7)和輸出模塊(8)連接，用于處理和判斷所述的采樣檢測模塊(6)送來的采樣信號，實時比較所述的太陽能電網端(9)和市政電網端(10)的電壓電流的幅值、頻率和相位以及功率，合理控制太陽能電網與市政電網聯(lián)合向所述的直流負載端(11)和交流負載端(12 )供電。
2.根據權利要求1所述的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的直流控制模塊(I)包括DC/DC電壓升壓電路(101)、第一 IPM模塊(102)和MCU(103)，所述的MCU (103) —端與所述的主控模塊(5)連接，另一端通過所述的第一 IPM模塊(102)與所述的DC/DC電壓升壓電路(101)輸入端連接，所述的太陽能電網端(9)通過所述的DC/DC電壓升壓電路(101)與所述的交流控制模塊(2)連接，用于實現(xiàn)所述的太陽能電網端(9)的電池板最大功率跟蹤，使得在大氣環(huán)境或者外圍負載變化的情況下，保證太陽能電網端(9)的光伏陣列一直工作在最大功率點，以確保太陽能電網端(9)發(fā)電的高效性。
3.根據權利要求1所述的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的交流控制模塊(2)包括DC/AC逆變電路(201)和第二 IPM模塊(202)，所述的主控模塊(5)通過所述的第二 IPM模塊(202)與所述的DC/AC逆變電路(201)輸入端連接，所述的直流控制模塊(I)通過所述的DC/AC逆變電路(201)與所述的采樣檢測模塊(6 )連接，用于對所述的主控模塊(5)輸出的脈寬調制PWM信號進行相應的功率放大，用以驅動交流控制模塊(2)中逆變橋電路的正常工作，同時在異常情況下及時有效地進行相應的自我保護。
4.根據權利要求1所述的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的采樣檢測模塊(6)包括采樣檢測電路(601)，用于所述的太陽能電網端(9)經過所述的交流控制模塊(2)之后輸出的電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測，市政電網端(10)的輸出電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測，及太陽能電網端(9)與市政電網端(10)經過所述的防逆流控制模塊(3)合并后的輸出電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測，并及時地傳遞給所述的主控模塊(5)，以便于主控模塊(5)及時做出預處理判斷。
5.根據權利要求1所述的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的防逆流控制模塊(3)包括第一繼電器(301)、第一接觸器(302)、第二繼電器(303)和第二接觸器(304)，所述的主控模塊(5)通過所述的第一繼電器(301)與所述的第一接觸器(302)輸入端連接，所述的市政電網端(10)通過所述的第一接觸器(302)與所述的交流負載端(12)相連，所述的主控模塊(5)通過所述的第二繼電器(303)與所述的第二接觸器(304)輸入端連接，所述的采樣檢測模塊(6)通過所述的第二接觸器(304)與所述的交流負載端(12)相連，用于當發(fā)現(xiàn)在一定的時間內通過調節(jié)太陽能電網端(9)的發(fā)電功率無法使得市政電網端(10)消除功率的逆向流動時，通過所述的主控模塊(5)控制所述的第一繼電器(301)和第二繼電器(303)，進而控制所述的第一接觸器(302)和第二接觸器(304)使市政電網端(10)與用電系統(tǒng)和太陽能電網端(9)供電系統(tǒng)斷開，以確保整個系統(tǒng)的安全性。
6.根據權利要求1所述的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的整流控制模塊(4)包括AC/DC逆變電路(401)，用于將所述的太陽能電網端(9)和市政電網端(10)并網后的交流電整流為不同幅值的直流電，以便供給不同幅值的直流負載端(11)使用，最大程度的滿足各種型號負載的用電要求。
7.根據權利要求1所述的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的主控模塊(5)采用TI公司的型號為TMS320F28335的DSP芯片。
8.根據權利要求1所述的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的輸入模塊為鍵盤輸入模塊。
9.根據權利要求1所述的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的輸出模塊為液晶顯示器。
10.根據權利要求2所述的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的DC/DC電壓升壓電路(101)采用的是三菱公司的智能功率模塊PM15RSH120。
11.根據權利要求3所述的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的DC/AC逆變電路(201)采用的三菱公司的智能功率模塊PM75CL1A120。
12.利用權利要求1所述的太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制系統(tǒng)進行太陽能電網與市政電網無逆流聯(lián)合供電控制的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:控制模塊(5)接收來自采樣檢測模塊(6)的檢測參數(shù)，所述的參數(shù)包括太陽能電網端(9)發(fā)出的電壓電流的頻率、相位和幅值，市政電網端(10)的電壓電流的頻率、相位和幅值，及太陽能電網端(9)與市政電網端(10)經過所述的防逆流控制模塊(3)合并后的輸出電壓電流的幅值、頻率以及相位檢測； 步驟2:將各種所述的參數(shù)傳送到控制模塊(5)中； 步驟3:控制模塊(5)將采樣到的數(shù)據不斷地進行當量規(guī)整； 步驟4:對當量規(guī)整后的數(shù)據進行進一步的比較判斷， 當?shù)贸龅奶柲馨l(fā)電功率大于負載功耗時，立刻向防逆流控制模塊(3)發(fā)出保護動作的指令，切斷市政電網端(10)，調整控制器使太陽能電網發(fā)電功率與實際負載功率相匹配，然后繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行所述的步驟I ; 當?shù)贸龅奶柲馨l(fā)電功率小于等于負載功耗時，則順序執(zhí)行下述步驟5 ； 步驟5:進一步比較檢測太陽能電網發(fā)電功率是否能滿足本控制系統(tǒng)自身工作所需要的功耗PO， 如果太陽能電網發(fā)電量小于PO，說明太陽能電網端(9)電池板不能向負載提供多余的能量了，此時向防逆流控制模塊(3)發(fā)出保護動作指令，切斷太陽能電網端(9)供電，負載所需要的功率消耗應全部由市政電網端(10)來供應，然后繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行所述的步驟I ; 如果太陽能電網發(fā)電量不小于PO，說明太陽能電網端(9)可以向負載提供一定的能量，則順序執(zhí)行下述步驟6; 步驟6:合理調節(jié)本控制系統(tǒng)，使太陽能電網端(9)與市政電網端(10)聯(lián)合向直流負載端(11)和交流負載端(12 )供電； 步驟7:進一步檢測市政電網端(10)有無功率逆向流動； 如果市政電網端(10)有功率逆向流動，則反饋給主控模塊(5)，由其發(fā)出控制指令，使太陽能電網端(9)的發(fā)電功率適當下降，然后繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行所述的步驟5 ; 如果市政電網端(10)沒有 功率逆向流動，則繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行所述的步驟I。
【文檔編號】H02J3/02GK103647283SQ201310674370
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權日:2013年12月11日
【發(fā)明者】席自強, 肖輝 申請人:湖北工業(yè)大學