混合供電系統(tǒng)和電器設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種混合供電系統(tǒng)和電器設(shè)備。其中，混合供電系統(tǒng)包括：太陽能電池陣列；升壓電路，輸入端與太陽能電池陣列相連接；直流母線，與升壓電路的輸出端相連接；變流電路，與直流母線相連接，并連接三相交流電源，其中，變流電路具有三相全橋功率器件；逆變器，輸入端與直流母線相連接；以及電機(jī)，與逆變器的輸出端相連接。通過本實用新型，解決了現(xiàn)有技術(shù)中混合供電系統(tǒng)適用電源單一的問題，進(jìn)而達(dá)到了擴(kuò)大混合供電系統(tǒng)應(yīng)用場合的效果。
【專利說明】混合供電系統(tǒng)和電器設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及供電領(lǐng)域，具體而言，涉及一種混合供電系統(tǒng)和電器設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中混合供電系統(tǒng)的拓?fù)鋱D，如圖1所示，該混合供電系統(tǒng)主要包括:太陽能電池陣列10、B00ST1升壓電路(包括電感LI’、二極管D1’和由PWMl信號控制的開關(guān)管)、交流電源AC、整流橋20、B00ST2升壓電路(包括電感L2’、二極管D2’和由PWM2信號控制的開關(guān)管)、電容C、逆變器30及電機(jī)M，其中，交流電源AC為額定電壓為220VAC的單相交流電(即市電)，整流橋20為單相整流橋堆。該混合供電系統(tǒng)的供電原理如下:
[0003]太陽能電池陣列10的輸出經(jīng)B00ST1升壓電路接入直流母線側(cè)，B00ST1升壓電路中的開關(guān)管的PWMl信號由太陽能電池輸出功率控制系統(tǒng)產(chǎn)生。
[0004]交流電源AC經(jīng)整流橋20和B00ST2升壓電路接入直流母線側(cè)，B00ST2升壓電路中的開關(guān)管的PWM2信號由功率因素校正控制系統(tǒng)提供。
[0005]上述結(jié)構(gòu)的混合供電系統(tǒng)適用電源單一，只適用于單相電源(市電)，對于交流電源AC為三相電源的場合無法使用，電機(jī)M功率較小，只適用于家用，不適用于商用。并且，上述結(jié)構(gòu)的混合供電系統(tǒng)存在可靠性問題和太陽能利用率低的問題，當(dāng)太陽能電池陣列10的輸出功率大于電機(jī)M的消耗功率時，多余的能量沒有釋放的路徑，會導(dǎo)致逆變器的直流母線電容累計電量越來越高，最終導(dǎo)致逆變器損壞。雖然通過控制太陽能電池陣列輸出功率等于空調(diào)消耗功率，可以解決此問題，但是保證不了太陽能電池陣列輸出功率始終為最大，也即最大功率追蹤效率(MPPT)低下，太陽能利用率達(dá)不到最優(yōu)。
[0006]針對相關(guān)技術(shù)中混合供電系統(tǒng)適用電源單一的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型的主要目的在于提供一種混合供電系統(tǒng)和電器設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)中混合供電系統(tǒng)適用電源單一的問題。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種混合供電系統(tǒng)。
[0009]根據(jù)本實用新型的混合供電系統(tǒng)包括:太陽能電池陣列；升壓電路，輸入端與太陽能電池陣列相連接；直流母線，與升壓電路的輸出端相連接；變流電路，與直流母線相連接，并連接三相交流電源，其中，變流電路具有三相全橋功率器件；逆變器，輸入端與直流母線相連接；以及電機(jī)，與逆變器的輸出端相連接。
[0010]進(jìn)一步地，變流電路為雙向變流電路，混合供電系統(tǒng)還包括:第一控制器，與變流電路相連接，用于控制變流電路處于逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)；以及第二控制器，與升壓電路相連接，用于通過控制升壓電路調(diào)節(jié)太陽能電池陣列的輸出功率。
[0011 ] 進(jìn)一步地，在變流電路處于整流狀態(tài)下，第一控制器還用于根據(jù)直流母線的電壓參考值、直流母線的實時電壓值、三相交流電源的實時相電壓值和三相交流電源的實時相電流值產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號，在變流電路處于逆變狀態(tài)下，第一控制器還用于根據(jù)直流母線的電壓參考值、直流母線的實時電壓值、輸出功率、電機(jī)的消耗功率、實時相電壓值和實時相電流值產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號。
[0012]進(jìn)一步地，第一控制器包括:第一加法器，正相輸入端接收直流母線的電壓參考值，反相輸入端接收直流母線的實時電壓值；第一調(diào)節(jié)器，輸入端與第一加法器的輸出端相連接，用于對直流母線的電壓參考值和直流母線的實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)，得到功率參考值；第一乘法器，第一輸入端與第一調(diào)節(jié)器的輸出端相連接，第二輸入端接收實時相電壓值，用于將功率參考值與實時相電壓值進(jìn)行處理，得到相電流參考值；第二加法器，正相輸入端與第一乘法器的輸出端相連接，反相輸入端接收實時相電流值；第二調(diào)節(jié)器，輸入端與第二加法器的輸出端相連接，用于將相電流參考值與實時相電流值的差值進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)；第三加法器，第一正相輸入端與第二調(diào)節(jié)器的輸出端相連接，第二正相輸入端接收實時相電壓值；變換器，與第三加法器的輸出端相連接，用于對第三加法器的輸出結(jié)果進(jìn)行變換，得到實時相電壓的相電壓參考值；以及第一比較器，第一輸入端與變換器的輸出端相連接，第二輸入端接收預(yù)設(shè)載波，輸出端與三相全橋功率器件相連接，用于產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號。
[0013]進(jìn)一步地，第一控制器還包括:第四加法器，正相輸入端接收直流母線的電壓參考值，反相輸入端接收直流母線的實時電壓值；第三調(diào)節(jié)器，輸入端與第四加法器的輸出端相連接，用于對直流母線的電壓參考值和直流母線的實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到功率參考值；第二乘法器，第一輸入端接收輸出功率與消耗功率的差值，第二輸入端與第三調(diào)節(jié)器的輸出端相連接，第三輸入端接收實時相電壓值，用于輸出相電流參考值；第五加法器，正相輸入端與第二乘法器的輸出端相連接，反相輸入端接收實時相電流值；第四調(diào)節(jié)器，與第五加法器的輸出端相連接，用于將相電流參考值與實時相電流值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)；以及第二比較器，第一輸入端與第四調(diào)節(jié)器的輸出端相連接，第二輸入端接收預(yù)設(shè)載波，輸出端與三相全橋功率器件相連接，用于產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號。
[0014]進(jìn)一步地，升壓電路包括功率開關(guān)器件，其中，第二控制器用于根據(jù)太陽能電池陣列的電壓參考值、太陽能電池陣列的實時電壓值和太陽能電池陣列的實時電流值產(chǎn)生控制功率開關(guān)器件的控制信號。
[0015]進(jìn)一步地，第二控制器包括:第六加法器，正相輸入端接收太陽能電池陣列的電壓參考值，反相輸入端接收太陽能電池陣列的實時電壓值；第五調(diào)節(jié)器，與第六加法器的輸出端相連接，用于對太陽能電池陣列的電壓參考值和太陽能電池陣列的實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到電流參考值；第七加法器，正相輸入端與第五調(diào)節(jié)器的輸出端相連接，反相輸入端接收實時電流值；以及第六調(diào)節(jié)器，與第七加法器的輸出端相連接，用于對電流參考值和實時電流值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，產(chǎn)生功率開關(guān)器件的控制信號。
[0016]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實用新型的第二方面，提供了一種電器設(shè)備。
[0017]根據(jù)本實用新型的電器設(shè)備包括:本實用新型上述內(nèi)容所提供的任一種混合供電系統(tǒng)，其中，混合供電系統(tǒng)的電機(jī)為電器設(shè)備的驅(qū)動電機(jī)。
[0018]進(jìn)一步地，電器設(shè)備為空調(diào)機(jī)組，電機(jī)為空調(diào)機(jī)組的壓縮機(jī)。
[0019]本實用新型采用具有以下結(jié)構(gòu)的混合供電系統(tǒng):太陽能電池陣列；升壓電路，輸入端與太陽能電池陣列相連接；直流母線，與升壓電路的輸出端相連接；變流電路，與直流母線相連接，并連接三相交流電源，其中，變流電路具有三相全橋功率器件；逆變器，輸入端與直流母線相連接；以及電機(jī)，與逆變器的輸出端相連接。通過在變流電路中設(shè)置三相全橋功率器件，實現(xiàn)了能夠連接三相交流電源為電機(jī)進(jìn)行供電，能夠應(yīng)用于不同功率等級需要的家用和商用電器，實現(xiàn)了大功率電器能夠使用三相電網(wǎng)和太陽能系統(tǒng)混合供電，解決了現(xiàn)有技術(shù)中混合供電系統(tǒng)適用電源單一的問題，進(jìn)而達(dá)到了擴(kuò)大混合供電系統(tǒng)應(yīng)用場合的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0021]圖1是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的混合供電系統(tǒng)的拓?fù)鋱D；
[0022]圖2是根據(jù)本實用新型實施例的混合供電系統(tǒng)的示意圖；
[0023]圖3是根據(jù)本實用新型實施例的混合供電系統(tǒng)，第一控制器與變流電路的連接電路圖；
[0024]圖4是根據(jù)本實用新型實施例的混合供電系統(tǒng)，第二控制器與升壓電路的連接電路圖；
[0025]圖5是圖3中第一控制器的一種結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖6是圖3中第一控制器的另一種結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖7是圖4中第二控制器的一種結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖8是根據(jù)本實用新型實施例的混合供電系統(tǒng)，第一控制器、第二控制器和第三控制器的連接示意圖；
[0029]圖9是根據(jù)本實用新型實施例的混合供電系統(tǒng)的供電方法的流程圖；以及
[0030]圖10是根據(jù)本實用新型實施例的混合供電系統(tǒng)的供電方法，太陽能電池陣列輸出特性的曲線示意圖。

【具體實施方式】
[0031]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本實用新型。
[0032]本實用新型實施例提供了一種混合供電系統(tǒng)，以下對本實用新型實施例所提供的混合供電系統(tǒng)進(jìn)行具體介紹:
[0033]圖2是根據(jù)本實用新型實施例的混合供電系統(tǒng)的示意圖，如圖2所示，該混合供電系統(tǒng)主要包括太陽能電池陣列10、升壓電路40、直流母線50、變流電路60、逆變器30和電機(jī)M，其中，變流電路60主要包括三相全橋功率器件、儲能電感和濾波電感L1、L2和L3、儲能電容Cl和C2、均壓電阻Rl和R2，其中，三相全橋功率器件為變流電路60的智能功率模塊(Intelligent Power Module,簡稱IPM)。升壓電路40為boost升壓電路,其輸入端與太陽能電池陣列10相連接，輸出端連接至直流母線50。變流電路60用于連接三相交流電源70，并與直流母線50相連接。逆變器30的輸入端與直流母線50相連接，輸出端與電機(jī)M相連接。
[0034]本實用新型實施例所提供的混合供電系統(tǒng)，通過在變流電路中設(shè)置三相全橋功率器件，實現(xiàn)了能夠連接三相交流電源為電機(jī)進(jìn)行供電，能夠應(yīng)用于不同功率等級需要的家用和商用電器，實現(xiàn)了大功率電器能夠使用三相電網(wǎng)和太陽能系統(tǒng)混合供電，解決了現(xiàn)有技術(shù)中混合供電系統(tǒng)適用電源單一的問題，進(jìn)而達(dá)到了擴(kuò)大混合供電系統(tǒng)應(yīng)用場合的效果O
[0035]進(jìn)一步地，在本實用新型實施例中，變流電路60為雙向變流電路，如圖3和圖4所不，混合供電系統(tǒng)還包括第一控制器80和第二控制器90。
[0036]其中，第二控制器90與升壓電路40相連接，用于通過控制升壓電路40調(diào)節(jié)太陽能電池陣列10的輸出功率,來實現(xiàn)對太陽能電池陣列10的最大功率追蹤(MPPT)，保證太陽能電池陣列10在固定強(qiáng)度的太陽光下輸出功率最大，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的節(jié)能和環(huán)保，達(dá)到了提供太陽能的利用率。
[0037]第一控制器80與變流電路60相連接，用于控制變流電路60處于逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)。當(dāng)太陽能電池陣列10的輸出功率小于電機(jī)M運行的消耗功率時，全部太陽能功率用于電機(jī)M的消耗，并且第一控制器80控制變流電路60工作于整流狀態(tài)，以使不足能量部分通過變流電路60從三相交流電源70補(bǔ)足。當(dāng)太陽能電池陣列10不發(fā)電時，第一控制器80控制變流電路60工作于整流狀態(tài)，電機(jī)M全部使用三相交流電源70。當(dāng)太陽能電池陣列10的輸出功率，等于電機(jī)M的消耗功率時，全部太陽能功率用于電機(jī)M的消耗。當(dāng)太陽能電池陣列10的輸出功率，大于電機(jī)M的消耗功率時，部分太陽能功率用于滿足電機(jī)M的全部消耗，第一控制器80控制變流電路60工作于逆變狀態(tài)，使得太陽能功率的多余部分由變流電路60逆變回三相交流電源70。這樣，實現(xiàn)了在太陽能電池陣列10的輸出功率大于消耗功率的情況下，多余的能量能夠通過變流電路60逆變回三相交流電源70，避免直流母線50上的電容積累能量越來越高所造成的逆變器30損壞，達(dá)到了在保證太陽能利用的基礎(chǔ)上，提高供電系統(tǒng)的可靠性。
[0038]具體地，如圖2和圖3所示，三相全橋功率器件分為六個單元，每個單元由絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡稱IGBT)和二極管并聯(lián)組合而成，圖3中SI為進(jìn)行電流檢測的電流傳感器。IGBT的控制信號PWM1-PWM6由第一控制器80產(chǎn)生。
[0039]當(dāng)?shù)谝豢刂破?0控制變流電路60工作于全控整流模式時，能量由三相交流電源70流入變流電路60。以R相為例說明變流電路60的工作原理:當(dāng)IGBT Q2導(dǎo)通時，電流從R相經(jīng)儲能電感LI，流入Q2，流經(jīng)D4或者D6，到達(dá)S相或T相和其儲能電感L2或L3，在Q2導(dǎo)通期間，儲能電感LI電流上升，儲存能量；當(dāng)Q2關(guān)斷時，儲存在儲能電感LI的能量經(jīng)二極管Dl流入到變流器直流母線上的電容，從而實現(xiàn)能量由電網(wǎng)流入光伏變流器。
[0040]在全控整流模式下,必須實時調(diào)節(jié)三相相電流Ix (X = r、S、t)的波形相位跟隨相電壓Vx(x = r、s、t)的波形相位，從而提高功率因數(shù)，減少諧波成分和含量。在本實用新型實施例中，對于變流電路60處于整流狀態(tài)下的情況，第一控制器80根據(jù)直流母線50的電壓參考值、直流母線50的實時電壓值、三相交流電源70的實時相電壓值和三相交流電源70的實時相電流值產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號。其控制方式采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)是電壓環(huán)，主要控制直流母線電壓為固定值VDC_REF ；內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，其參考值Ir_REF由電壓外環(huán)經(jīng)PID控制輸出的功率參考值及實際相電壓Vx (X = r、s、t)經(jīng)過乘法器后得到，電流參考值和實際檢測值的差值進(jìn)行PID控制，其輸出結(jié)果與實際相電壓Vx(x = r、s、t)相加后經(jīng)過變換后得到各相相電壓的參考值VPWM_X(x = r、s、t)，然后采用SPWM調(diào)制方法，將VPWM_X(x = r、s、t)與三角載波作比較，產(chǎn)生控制IGBT的PWM信號。對于每一相而言，上下橋臂IGBT的PWM信號是互補(bǔ)的，即不能同時導(dǎo)通。
[0041]圖5中示出了第一控制器80的一種具體結(jié)構(gòu)，通過圖5中示出的第一控制器80產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號，如圖5所示，第一控制器80主要包括第一加法器8001、第一調(diào)節(jié)器8002、第一乘法器8003、第二加法器8004、第二調(diào)節(jié)器8005、第三加法器8006、變換器8007和第一比較器8008，具體地:
[0042]第一加法器8001的正相輸入端接收直流母線50的電壓參考值，反相輸入端接收直流母線50的實時電壓值。第一調(diào)節(jié)器8002的輸入端與第一加法器8001的輸出端相連接，用于對直流母線50的電壓參考值和直流母線50的實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)，得到功率參考值。第一乘法器8003的第一輸入端與第一調(diào)節(jié)器8002的輸出端相連接，第二輸入端接收實時相電壓值，用于將功率參考值與實時相電壓值進(jìn)行處理，得到相電流參考值。第二加法器8004的正相輸入端與第一乘法器8003的輸出端相連接，反相輸入端接收實時相電流值。第二調(diào)節(jié)器8005的輸入端與第二加法器8004的輸出端相連接，用于將相電流參考值與實時相電流值的差值進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)。第三加法器8006的第一正相輸入端與第二調(diào)節(jié)器8005的輸出端相連接，第二正相輸入端接收實時相電壓值。變換器8007與第三加法器8006的輸出端相連接，用于對第三加法器8006的輸出結(jié)果進(jìn)行變換，得到實時相電壓的相電壓參考值。第一比較器8008的第一輸入端與變換器8007的輸出端相連接，第二輸入端接收預(yù)設(shè)載波，輸出端與三相全橋功率器件相連接，用于產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號。
[0043]當(dāng)?shù)谝豢刂破?0控制變流電路60工作于全控逆變模式時，能量由變流電路60流入三相交流電源70。其工作原理是:由于變流電路與三相交流電源70電網(wǎng)電壓相連，其輸出電壓由三相交流電源70電壓決定，因此只有控制輸入三相交流電源70的電流，來達(dá)到往三相交流電源70輸入功率的目的；同時，輸入三相交流電源70的電流諧波含量必須符合國標(biāo)要求，因此必須同時檢測三相交流電源70電壓的相位，以確保輸入三相交流電源70的電流達(dá)到與三相交流電源70電壓同頻同相的要求。
[0044]在本實用新型實施例中，對于變流電路60處于逆變狀態(tài)下的情況，第一控制器80根據(jù)直流母線50的電壓參考值、直流母線50的實時電壓值、輸出功率、電機(jī)M的消耗功率、實時相電壓值和實時相電流值產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號。其控制方式采用雙環(huán)控制，外環(huán)是電壓環(huán)，主要控制直流母線電壓為固定值VDC_REF且需高于電網(wǎng)電壓；內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，其參考值由電壓外環(huán)和電壓鎖相環(huán)給定，通過對電流內(nèi)環(huán)參考值和實際檢測值的差值進(jìn)行PI控制，得到變流電路每相輸出電壓Ux (X = a、b、c)的參考值，然后采用SPWM調(diào)制方法，將Ux (X = a、b、c)與三角載波作比較，產(chǎn)生控制IGBT的PWM信號。對于每一相而言，上下橋臂IGBT的PWM信號是互補(bǔ)的，即不能同時導(dǎo)通。PLL鎖相環(huán)主要用于檢測每一相電壓相位，以達(dá)到控制輸入電網(wǎng)的電流達(dá)到與電網(wǎng)電壓同頻同相。
[0045]圖6中示出了第一控制器80的另一種具體結(jié)構(gòu)，通過圖6中示出的第一控制器80產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號，如圖6所示，第一控制器80主要包括第四加法器8009、第三調(diào)節(jié)器8010、第二乘法器8011、第五加法器8012、第四調(diào)節(jié)器8013和第二比較器8014，具體地:第四加法器8009的正相輸入端接收直流母線50的電壓參考值，反相輸入端接收直流母線50的實時電壓值。第三調(diào)節(jié)器8010的輸入端與第四加法器8009的輸出端相連接，用于對直流母線50的電壓參考值和直流母線50的實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到功率參考值。第二乘法器8011的第一輸入端接收輸出功率與消耗功率的差值，第二輸入端與第三調(diào)節(jié)器8010的輸出端相連接，第三輸入端接收實時相電壓值，用于輸出相電流參考值。第五加法器8012的正相輸入端與第二乘法器8011的輸出端相連接，反相輸入端接收實時相電流值。第四調(diào)節(jié)器8013與第五加法器8012的輸出端相連接，用于將相電流參考值與實時相電流值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)。第二比較器8014的第一輸入端與第四調(diào)節(jié)器8013的輸出端相連接，第二輸入端接收預(yù)設(shè)載波，輸出端與三相全橋功率器件相連接，用于產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號。
[0046]進(jìn)一步地，如圖2和圖4所示，升壓電路40包括功率開關(guān)器件Q7、儲能電感L7和二極管D7，其工作原理是當(dāng)功率開關(guān)器件Q7導(dǎo)通時，儲能電感L7電流增大，由于電感具有電流不能突變的特性，在功率開關(guān)器件Q7關(guān)斷期間，在儲能電感L7上產(chǎn)生的電壓加上太陽能電池陣列的輸出電壓，經(jīng)過二極管D7，往儲能電容Cl和C2上充電，從而把太陽能電池陣列10的輸出能量轉(zhuǎn)到直流母線上。其中，第二控制器90通過控制功率開關(guān)器件Q7的導(dǎo)通或關(guān)斷時長，控制太陽能電池陣列10的輸出功率，對功率開關(guān)器件Q7進(jìn)行控制的控制信號由第二控制器90產(chǎn)生，第二控制器90通過脈寬調(diào)制(Pulse-Width Modulat1n，簡稱PWM)信號控制BOOST升壓電路40中的功率開關(guān)器件Q7，來控制太陽能電池陣列的輸出功率。太陽能電池陣列輸出的直流電，經(jīng)BOOST升壓電路40后直接輸入到直流母線50。
[0047]圖7中示出了第二控制器90的一種具體結(jié)構(gòu)，通過圖7中示出的第二控制器90產(chǎn)生功率開關(guān)器件Q7的控制信號，如圖7所示，第二控制器90主要包括第六加法器9001、第五調(diào)節(jié)器9002、第七加法器9003和第六調(diào)節(jié)器9004，具體地，第六加法器9001的正相輸入端接收太陽能電池陣列10的電壓參考值，反相輸入端接收太陽能電池陣列10的實時電壓值。第五調(diào)節(jié)器9002與第六加法器9001的輸出端相連接，用于對太陽能電池陣列10的電壓參考值和太陽能電池陣列10的實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到電流參考值。第七加法器9003的正相輸入端與第五調(diào)節(jié)器9002的輸出端相連接，反相輸入端接收實時電流值。第六調(diào)節(jié)器9004與第七加法器9003的輸出端相連接，用于對電流參考值和實時電流值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，產(chǎn)生功率開關(guān)器件Q7的控制信號。
[0048]更進(jìn)一步地，本實用新型實施例的混合供電系統(tǒng)還包括與第一控制器80和第二控制器90均相連接的第三控制器100，該第三控制器100是整個混合供電系統(tǒng)的能量智能分配單元，主要起著檢測、計算、分配和執(zhí)行的功能，目的是保證最優(yōu)利用太陽能發(fā)電能量。圖8是第一控制器80、第二控制器90和第三控制器100的連接示意圖，如圖8所示，第三控制器100根據(jù)太陽能電池陣列的輸出電壓Vpv和電流Ipv，計算出太陽能電池陣列的輸出功率Ppv，根據(jù)直流母線50的直流電壓VDC和直流電流IDC，計算出電機(jī)M的消耗功率并計算輸出功率和消耗功率的差值ΛΡ = Ppv-P ，第一控制器80則根據(jù)差值Λ P的大小控制雙向變流電路60處于逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)，具體地，
[0049]①當(dāng)Λ P = O時，太陽能電池陣列的輸出功率全部用于負(fù)載消耗，雙向變流電路60工作于待機(jī)狀態(tài)；
[0050]②當(dāng)Λ Ρ>0時，太陽能電池陣列的輸出功率大于負(fù)載消耗，多余能量可回饋三相交流電源70，控制雙向變流電路60運行于逆變并網(wǎng)(DC/AC)狀態(tài)；
[0051]③當(dāng)Λ P〈0時，太陽能電池陣列的輸出功率小于負(fù)載消耗，不足能量部分由三相交流電源70補(bǔ)足，控制雙向變流電路60運行于全控整流(AC/DC)狀態(tài)。
[0052]需要說明的是，第一控制器80、第二控制器90和第三控制器100可以是獨立設(shè)置的控制器件，也可以是同一個控制器件。
[0053]本實用新型實施例還提供了一種電器設(shè)備，該電器設(shè)備包括本實用新型上述內(nèi)容所提供的任一種混合供電系統(tǒng)，其中，混合供電系統(tǒng)的電機(jī)M為電器設(shè)備的驅(qū)動電機(jī)。
[0054]通過采用上述混合供電系統(tǒng)作為電器設(shè)備的供電源，由于上述混合供電系統(tǒng)能夠使用三相電網(wǎng)和太陽能系統(tǒng)混合供電，因此，具備上述混合供電系統(tǒng)的電器設(shè)備具有適用電源和應(yīng)用場合廣泛的優(yōu)點。
[0055]具體地，電器設(shè)備可以為空調(diào)機(jī)組，電機(jī)M則為空調(diào)機(jī)組的壓縮機(jī)。
[0056]本實用新型實施例還提供了一種混合供電系統(tǒng)的供電方法，該供電方法主要通過本實用新型實施例上述內(nèi)容所提供的混合供電系統(tǒng)進(jìn)行供電，混合供電系統(tǒng)包括直流母線、太陽能電池陣列和具有三相全橋功率器件的變流電路，以下本實用新型實施例所提供的混合供電系統(tǒng)的供電方法進(jìn)行具體介紹:
[0057]圖9是根據(jù)本實用新型實施例的混合供電系統(tǒng)的供電方法的流程圖，如圖9所示，該供電方法主要包括如下步驟S902和步驟S904:
[0058]S902:利用太陽能電池陣列向直流母線供電，即，進(jìn)行太陽能供電。
[0059]S904:通過變流電路連接三相交流電源向直流母線供電，即，進(jìn)行三相交流電源供電。
[0060]本實用新型實施例所提供的混合供電系統(tǒng)的供電方法，通過利用變流電路連接三相交流電源，實現(xiàn)了能夠利用三相交流電源進(jìn)行供電，能夠應(yīng)用于不同功率等級需要的家用和商用電器，實現(xiàn)了大功率電器能夠使用三相電網(wǎng)和太陽能系統(tǒng)混合供電，解決了現(xiàn)有技術(shù)中混合供電系統(tǒng)適用電源單一的問題，進(jìn)而達(dá)到了擴(kuò)大混合供電系統(tǒng)應(yīng)用場合的效果O
[0061]其中，混合供電系統(tǒng)還包括與太陽能電池陣列相連接的升壓電路，利用太陽能電池陣列向直流母線供電主要是，通過控制升壓電路調(diào)節(jié)太陽能電池陣列的輸出功率，以實現(xiàn)對太陽能電池板的最大功率追蹤(MPPT)保證太陽能電池陣列在固定強(qiáng)度的太陽光下輸出功率最大，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的節(jié)能和環(huán)保，達(dá)到了提供太陽能的利用率。
[0062]進(jìn)一步地，對于太陽能電池陣列而言，其輸出特性主要受光照強(qiáng)度和溫度的影響，在光照強(qiáng)度一定時，其特性區(qū)線基本不變，如圖10中的曲線11和曲線12，分別對應(yīng)不同的光照強(qiáng)度。
[0063]如特性曲線11,當(dāng)太陽能電池板輸出電流Ipv為零時,輸出電壓最大為Vo,簡稱開路電壓；當(dāng)太陽能電池板輸出電壓Vpv為零時，輸出電流最大為1，簡稱開路電流；當(dāng)太陽能電池板輸出電壓為Vpv = Um、輸出電流為Ipv = Im時,輸出功率Ppv = Pm最大。當(dāng)太陽能電池板輸出電壓為Vpv = U1、輸出電流為Ipv = Il時，輸出功率為Ppv = Pl〈Pm。因此，可以通過控制太陽能電池板輸出電壓為Um，來實現(xiàn)控制升壓模塊對太陽能電池板的最大功率追蹤(MPPT)，具體地，在本實用新型實施例中，主要采用以下雙閉環(huán)控制方法來調(diào)節(jié)太陽能電池陣列的輸出功率包括:
[0064]獲取太陽能電池陣列的電壓參考值和實時電壓值；計算太陽能電池陣列的電壓參考值和實時電壓值的電壓差值；對電壓差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到電流參考值；獲取太陽能電池陣列的實時電流值；計算電流參考值與實時電流值的電流差值；以及對電流差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，產(chǎn)生調(diào)節(jié)太陽能電池陣列的輸出功率的控制信號。
[0065]優(yōu)選地，本實用新型實施例的混合供電系統(tǒng)的供電方法還包括:如下步驟SI至步驟S7:
[0066]S1:獲取太陽能電池陣列的輸出功率Ppv，并獲取與直流母線相連接的電機(jī)的消耗功率P負(fù)載。
[0067]S3:比較輸出功率Ppv與消耗功率P ^^的大小。
[0068]S5:在比較出輸出功率Ppv小于消耗功率P—的情況下，控制變流電路工作于整流狀態(tài)。
[0069]S7:在比較出輸出功率Ppv大于消耗功率P μ的情況下，控制變流電路工作于逆變狀態(tài)。
[0070]通過對太陽能電池陣列的輸出功率Ppv與消耗功率Piis進(jìn)行比較，并在太陽能電池陣列的輸出功率相對較小的情況下，控制變流電路工作于整流狀態(tài)，以使用電負(fù)載從三相交流電源獲取能量補(bǔ)充。在輸出功率相對較大的情況下，控制變流電路工作于逆變狀態(tài)，使得太陽能功率的多余部分由變流電路逆變回三相交流電源，實現(xiàn)了在太陽能電池陣列的輸出功率大于消耗功率的情況下，多余的能量能夠通過變流電路逆變回三相交流電源，避免直流母線上的電容積累能量越來越高所造成的逆變器損壞，達(dá)到了在保證太陽能利用的基礎(chǔ)上，提高供電系統(tǒng)的可靠性。
[0071]更進(jìn)一步地，在控制變流電路工作于整流狀態(tài)下，供電方法還包括:根據(jù)直流母線的電壓參考值、直流母線的實時電壓值、三相交流電源的實時相電壓值和三相交流電源的實時相電流值產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號。在控制變流電路工作于逆變狀態(tài)下，供電方法還包括:根據(jù)直流母線的電壓參考值、直流母線的實時電壓值、太陽能電池陣列的輸出功率、消耗功率、實時相電壓值和實時相電流值產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號。
[0072]具體地，根據(jù)直流母線的電壓參考值、直流母線的實時電壓值、三相交流電源的實時相電壓值和三相交流電源的實時相電流值產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號包括:獲取直流母線的電壓參考值和實時電壓值；對直流母線的電壓參考值和實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)，得到功率參考值；將功率參考值與三相交流電源的實時相電壓值經(jīng)乘法器處理得到相電流參考值；將相電流參考值與三相交流電源的實時相電流值的差值進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)，得到相電壓參考值；對相電壓參考值進(jìn)行正弦脈寬調(diào)制得到第一調(diào)制解調(diào)信號，第一調(diào)制解調(diào)信號為變流電路工作于整流狀態(tài)下，三相全橋功率器件的控制信號。
[0073]根據(jù)直流母線的電壓參考值、直流母線的實時電壓值、太陽能電池陣列的輸出功率、消耗功率、實時相電壓值和實時相電流值產(chǎn)生三相全橋功率器件的控制信號包括:獲取直流母線的電壓參考值和實時電壓值；對直流母線的電壓參考值和實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到功率參考值；將輸出功率和消耗功率的差值、功率參考值和三相交流電源的實時相電壓值經(jīng)乘法器處理，得到相電流參考值；將相電流參考值與三相交流電源的實時相電流值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到相電壓參考值；以及對相電壓參考值進(jìn)行正弦脈寬調(diào)制得到第二調(diào)制解調(diào)信號，第二調(diào)制解調(diào)信號為變流電路工作于逆變狀態(tài)下，三相全橋功率器件的控制信號。
[0074]從以上的描述中，可以看出，本實用新型實現(xiàn)了能夠利用三相交流電源進(jìn)行供電，能夠應(yīng)用于不同功率等級需要的家用和商用電器，實現(xiàn)了大功率電器能夠使用三相電網(wǎng)和太陽能系統(tǒng)混合供電，并且，還達(dá)到了對太陽能發(fā)送的最優(yōu)利用，以及保證整機(jī)的可靠性。
[0075]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種混合供電系統(tǒng),其特征在于,包括: 太陽能電池陣列(10)； 升壓電路(40)，輸入端與所述太陽能電池陣列(10)相連接； 直流母線(50)，與所述升壓電路(40)的輸出端相連接； 變流電路(60)，與所述直流母線(50)相連接，并連接三相交流電源(70)，其中，所述變流電路￠0)具有三相全橋功率器件； 逆變器(30)，輸入端與所述直流母線(50)相連接；以及 電機(jī)(M)，與所述逆變器(30)的輸出端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合供電系統(tǒng)，其特征在于，所述變流電路(60)為雙向變流電路，所述混合供電系統(tǒng)還包括: 第一控制器(80)，與所述變流電路￠0)相連接，用于控制所述變流電路￠0)處于逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)；以及 第二控制器(90)，與所述升壓電路(40)相連接，用于通過控制所述升壓電路(40)調(diào)節(jié)所述太陽能電池陣列(10)的輸出功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合供電系統(tǒng)，其特征在于: 在所述變流電路￠0)處于所述整流狀態(tài)下，所述第一控制器(80)還用于根據(jù)所述直流母線(50)的電壓參考值、所述直流母線(50)的實時電壓值、所述三相交流電源(70)的實時相電壓值和所述三相交流電源(70)的實時相電流值產(chǎn)生所述三相全橋功率器件的控制信號， 在所述變流電路￠0)處于所述逆變狀態(tài)下，所述第一控制器(80)還用于根據(jù)所述直流母線(50)的電壓參考值、所述直流母線(50)的實時電壓值、所述輸出功率、所述電機(jī)(M)的消耗功率、所述實時相電壓值和所述實時相電流值產(chǎn)生所述三相全橋功率器件的控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合供電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一控制器(80)包括: 第一加法器(8001)，正相輸入端接收所述直流母線(50)的電壓參考值，反相輸入端接收所述直流母線(50)的實時電壓值； 第一調(diào)節(jié)器(8002)，輸入端與所述第一加法器(8001)的輸出端相連接，用于對所述直流母線(50)的電壓參考值和所述直流母線(50)的實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)，得到功率參考值； 第一乘法器(8003),第一輸入端與所述第一調(diào)節(jié)器(8002)的輸出端相連接,第二輸入端接收所述實時相電壓值，用于將所述功率參考值與所述實時相電壓值進(jìn)行處理，得到相電流參考值； 第二加法器(8004)，正相輸入端與所述第一乘法器(8003)的輸出端相連接，反相輸入端接收所述實時相電流值； 第二調(diào)節(jié)器(8005)，輸入端與所述第二加法器(8004)的輸出端相連接，用于將所述相電流參考值與所述實時相電流值的差值進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)； 第三加法器(8006)，第一正相輸入端與所述第二調(diào)節(jié)器(8005)的輸出端相連接，第二正相輸入端接收所述實時相電壓值； 變換器(8007)，與所述第三加法器(8006)的輸出端相連接，用于對所述第三加法器(8006)的輸出結(jié)果進(jìn)行變換，得到所述實時相電壓的相電壓參考值；以及 第一比較器(8008),第一輸入端與所述變換器(8007)的輸出端相連接,第二輸入端接收預(yù)設(shè)載波，輸出端與所述三相全橋功率器件相連接，用于產(chǎn)生所述三相全橋功率器件的控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合供電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一控制器(80)還包括: 第四加法器(8009)，正相輸入端接收所述直流母線(50)的電壓參考值，反相輸入端接收所述直流母線(50)的實時電壓值； 第三調(diào)節(jié)器(8010)，輸入端與所述第四加法器(8009)的輸出端相連接，用于對所述直流母線(50)的電壓參考值和所述直流母線(50)的實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到功率參考值； 第二乘法器(8011)，第一輸入端接收所述輸出功率與所述消耗功率的差值，第二輸入端與所述第三調(diào)節(jié)器(8010)的輸出端相連接，第三輸入端接收所述實時相電壓值，用于輸出相電流參考值； 第五加法器(8012)，正相輸入端與所述第二乘法器(8011)的輸出端相連接，反相輸入端接收所述實時相電流值； 第四調(diào)節(jié)器(8013)，與所述第五加法器(8012)的輸出端相連接，用于將所述相電流參考值與所述實時相電流值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)；以及 第二比較器(8014)，第一輸入端與所述第四調(diào)節(jié)器(8013)的輸出端相連接，第二輸入端接收預(yù)設(shè)載波，輸出端與所述三相全橋功率器件相連接，用于產(chǎn)生所述三相全橋功率器件的控制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合供電系統(tǒng)，其特征在于，所述升壓電路(40)包括功率開關(guān)器件(Q7)，其中，所述第二控制器(90)用于根據(jù)所述太陽能電池陣列(10)的電壓參考值、所述太陽能電池陣列(10)的實時電壓值和所述太陽能電池陣列(10)的實時電流值產(chǎn)生控制所述功率開關(guān)器件(Q7)的控制信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合供電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制器(90)包括: 第六加法器(9001)，正相輸入端接收所述太陽能電池陣列(10)的電壓參考值，反相輸入端接收所述太陽能電池陣列(10)的實時電壓值； 第五調(diào)節(jié)器(9002)，與所述第六加法器(9001)的輸出端相連接，用于對所述太陽能電池陣列(10)的電壓參考值和所述太陽能電池陣列(10)的實時電壓值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到電流參考值； 第七加法器(9003)，正相輸入端與所述第五調(diào)節(jié)器(9002)的輸出端相連接，反相輸入端接收所述實時電流值；以及 第六調(diào)節(jié)器(9004)，與所述第七加法器(9003)的輸出端相連接，用于對所述電流參考值和所述實時電流值的差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，產(chǎn)生所述功率開關(guān)器件(Q7)的控制信號。
8.—種電器設(shè)備,其特征在于,包括權(quán)利要求1至7中任一項所述的混合供電系統(tǒng),其中，所述混合供電系統(tǒng)的電機(jī)(M)為所述電器設(shè)備的驅(qū)動電機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電器設(shè)備，其特征在于，所述電器設(shè)備為空調(diào)機(jī)組，所述電機(jī)(M)為所述空調(diào)機(jī)組的壓縮機(jī)。
【文檔編號】H02J7/35GK204068407SQ201420238228
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】陳洪濤, 張凱強(qiáng), 孫豐濤, 李輝, 陳興 申請人:珠海格力電器股份有限公司