變流器、光伏發(fā)用電系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏技術領域，具體而言，涉及一種變流器、光伏發(fā)用電系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002]圖1是現(xiàn)有技術中光伏發(fā)用電系統(tǒng)的示意圖，如圖1所示，整個系統(tǒng)主要包括太陽能電池陣列10、光伏逆變器20’、公用電網30和用電負載40，其中，光伏逆變器20’ 一般包括斬波模塊(即，DC/DC模塊)21、逆變并網模塊22，、連接斬波模塊21和逆變并網模塊22的逆變器直流母線23’和控制器24。此種結構的光伏發(fā)用電系統(tǒng)的特點是:
[0003]a)其功能是把太陽能電池陣列產生的直流電逆變回到公用電網，用電負載再就近從電網取電，用電負載包括空調、冰箱、儀器等各種各樣的用電設備。
[0004]b)光伏逆變器中的DC/DC模塊，也即直流電變直流電模塊，主要實現(xiàn)對太陽能電池陣列的最大功率追蹤(MPPT) ；DC/AC逆變并網模塊，也即直流電變交流電模塊，把從太陽能電池陣列輸出的能量逆變回公用電網；控制器，主要產生DC/DC模塊和DC/AC逆變并網模塊的PWM控制信號。
[0005]此種光伏發(fā)用電系統(tǒng)存在以下缺點:
[0006]I)能量流動方向單一。能量只能經光伏逆變器流入電網，不能從電網流入光伏逆變器。
[0007]2)使用此光伏逆變器的太陽能用電系統(tǒng)效率較低。太陽能電池陣列發(fā)電的目的主要提供給用電負載系統(tǒng)使用，而其發(fā)的電先是經過DC/AC逆變并網模塊逆變回電網，增加了逆變損耗。再者，用電負載從公共電網取電，需要經AC/DC模塊整流成直流電，從而增加了整流損耗，加之，能量在電網中流動時因導線發(fā)熱增加了發(fā)熱損耗。
[0008]3)光伏逆變器無法直接接用電負載。由于太陽能電池陣列的瞬間輸出功率受氣候影響較大，當輸出功率出現(xiàn)瞬間跌落時，會導致用電負載出現(xiàn)器件燒壞或各種異常保護。
[0009]4)公用電網斷電情況下，用電負載無法運行。如果公用電網斷電，光伏逆變器必須切斷其與公用電網的連接，否則從太陽能電池板輸入的電能，經光伏逆變器逆變回電網后會造成觸電的安全隱患。因此，用電負載也無法得電運行。
[0010]5 )用電負載從公共電網取電的是交流電，其按50/60HZ頻率變化，方向有正負之分，快速變化的交流電會帶來電磁干擾(輻射、傳導)等問題，對其本身和其它的用電設備的工作性能帶來一定的影響。
[0011]針對相關技術中光伏發(fā)用電系統(tǒng)能量流動方向單一的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
【發(fā)明內容】
[0012]本發(fā)明的主要目的在于提供一種變流器、光伏發(fā)用電系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術中光伏發(fā)用電系統(tǒng)能量流動方向單一的問題。
[0013]為了實現(xiàn)上述目的，根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種變流器。
[0014]根據本發(fā)明的變流器包括:升壓模塊，用于連接太陽能電池陣列；整流逆變并網模塊，用于連接公用電網；變流器直流母線，連接在升壓模塊與整流逆變并網模塊之間，其中，變流器直流母線上具有母線接口，用于連接用電負載的負載直流母線；以及控制器，與升壓模塊和整流逆變并網模塊均相連接，用于通過升壓模塊控制太陽能電池陣列的輸出功率，并控制整流逆變并網模塊處于逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)。
[0015]進一步地，變流器還包括:供電模塊，輸入端連接至變流器直流母線，輸出端與升壓模塊和整流逆變并網模塊均相連接。
[0016]進一步地，變流器還包括:檢測電路，與變流器直流母線、負載直流母線均相連接，用于檢測太陽能電池陣列的輸出功率和用電負載的消耗功率，其中，控制器與檢測電路相連接，用于根據輸出功率和消耗功率的大小，控制整流逆變并網模塊處于逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)。
[0017]進一步地，整流逆變并網模塊包括智能功率模塊IPM，控制器包括:第一加法器，正相輸入端接收變流器直流母線的電壓參考值，反相輸入端接收變流器直流母線的實時電壓值；第一調節(jié)器，輸入端與第一加法器的輸出端相連接，用于對電壓參考值和實時電壓值的差值進行比例積分微分調節(jié)，得到功率參考值；第一乘法器，第一輸入端與第一調節(jié)器的輸出端相連接，第二輸入端用于接收來自公用電網的實時相電壓值，用于將功率參考值與實時相電壓值進行處理，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，反相輸入端接收來自公用電網的實時相電流值；第二調節(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行比例積分微分調節(jié)；第三加法器，第一正相輸入端與第二調節(jié)器的輸出端相連接，第二正相輸入端用于接收實時相電壓值；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果進行變換，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，第二輸入端用于接收預設載波，輸出端與智能功率模塊IPM相連接，用于產生智能功率模塊IPM的控制信號。
[0018]進一步地，整流逆變并網模塊包括智能功率模塊IPM，控制器包括:第四加法器，正相輸入端接收變流器直流母線的電壓參考值，反相輸入端接收變流器直流母線的實時電壓值；第三調節(jié)器，輸入端與第四加法器的輸出端相連接，用于對電壓參考值和實時電壓值的差值進行比例積分調節(jié)，得到功率參考值；第二乘法器，第一輸入端接收輸出功率和消耗功率的差值，第二輸入端與第三調節(jié)器的輸出端相連接，第三輸入端接收來自公用電網的實時相電壓值，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，反相輸入端接收來自公用電網的實時相電流值；第四調節(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行比例積分調節(jié)；以及第二比較器，第一輸入端與第四調節(jié)器的輸出端相連接，第二輸入端用于接收預設載波，輸出端與智能功率模塊IPM相連接，用于產生智能功率模塊IPM的控制信號。
[0019]進一步地，升壓模塊包括功率開關器件，其中，控制器通過控制功率開關器件的導通或關斷時長，控制太陽能電池陣列的輸出功率。
[0020]進一步地，變流器還包括:第一濾波器，連接在太陽能電池陣列與升壓模塊之間；和/或第二濾波器，連接在公用電網與整流逆變并網模塊之間。
[0021]進一步地，第一濾波器為EMI濾波器，第二濾波器為LCL濾波器。
[0022]進一步地，變流器還包括:冷卻模塊，用于對變流器進行散熱。
[0023]為了實現(xiàn)上述目的，根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種光伏發(fā)用電系統(tǒng)。
[0024]根據本發(fā)明的光伏發(fā)用電系統(tǒng)包括:太陽能電池陣列；變流器，連接在太陽能電池陣列與公用電網之間，并具有變流器直流母線、通過變流器直流母線相連接的升壓模塊和整流逆變并網模塊、以及與升壓模塊和整流逆變并網模塊均相連接的控制器，其中，控制器用于通過升壓模塊調節(jié)太陽能電池陣列的輸出功率，并控制整流逆變并網模塊處于逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)；負載直流母線，連接至變流器直流母線；以及用電負載，與負載直流母線相連接。
[0025]進一步地，光伏發(fā)用電系統(tǒng)還包括:匯流單元，連接在太陽能電池陣列與變流器之間。
[0026]進一步地，變流器包括斷電檢測模塊，其中，在斷電檢測模塊檢測出公用電網斷電的情況下，變流器切斷與公用電網之間的連接。
[0027]進一步地，變流器的數量為多個，多個變流器包括主變流器和從變流器，主變流器與從變流器通過CAN總線連接，并均與控制器相連接。
[0028]為了實現(xiàn)上述目的，根據本發(fā)明的第三方面，提供了一種光伏發(fā)用電系統(tǒng)的控制方法。
[0029]其中，光伏發(fā)用電系統(tǒng)包括太陽能電池陣列、公用電網、用電負載和連接在太陽能電池陣列與公用電網之間的變流器，變流器具有整流逆變并網模塊，根據本發(fā)明的光伏發(fā)用電系統(tǒng)的控制方法包括:獲取太陽能電池陣列的輸出功率，并獲取用電負載的消耗功率；比較輸出功率與消耗功率的大??；在比較出輸出功率小于消耗功率的情況下，控制整流逆變并網模塊工作于整流狀態(tài)；以及在比較出輸出功率大于消耗功率的情況下，控制整流逆變并網模塊工作于逆變狀態(tài)。
[0030]進一步地，變流器還具有升壓模塊，升壓模塊包括功率開關器件，其中，控制方法還包括:通過控制功率開關器件的導通或關斷時長，控制太陽能電池陣列的輸出功率。
[0031]進一步地，通過以下方式確定控制功率開關器件的導通或關斷時長的控制信號:檢測太陽能電池陣列的實際電壓值；計算參考電壓值與實際電壓值的電壓差值；對電壓差值進行比例積分運算，得到參考電流值；檢測太陽能電池陣列的實際電流值；計算參考電流值與實際電流值的電流差值；以及對電流差值進行比例積分運算，得到控制信號。
[0032]進一步地，控制方法還包括:對變流器進行散熱。
[0033]進一步地，采用以下冷卻方式中的至少一種冷卻方式對變流器進行散熱:風冷冷卻方式、水冷冷卻方式和氟冷冷卻方式。
[0034]進一步地，變流器還具有變流器直流母線，通過以下方式產生控制整流逆變并網模塊工作于整流狀態(tài)的控制信號:獲取變流器直流母線的電壓參考值和實時電壓值；對電壓參考值和實時電壓值的差值進行比例積分微分調節(jié)，得到功率參