CN2011102402528A 太阳能光伏并网逆变器及太阳能变频空调系统 1-7

(10)申请公布号 CN 102291026 A (43)申请公布日 2011.12.21 CN 102291026 A *CN102291026A* (21)申请号 201110240252.8 (22)申请日 2011.08.19 H02M 7/42(2006.01) H02N 6/00(2006.01) H02J 3/38(2006.01) (71)申请人 广东志高空调有限公司 地址 528244 广东省佛山市南海区里水镇胜 利工业区 (72)发明人 方湘涛 郑祖义 崔严鹏 陈育锋 金听祥 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 李赞坚 曹志霞 (54) 发明名称 太阳能光伏并网逆变器及太阳能变频空调系 统 (57) 摘要 本发明公开一种太阳能光伏并网逆变器， 包 括功率电路和控制电路， 功率电路包括 DC/DC 单 元、 DC/AC 单元及滤波单元 ； 控制电路包括主控电 路及 MPPT 单元， 以便从功率电路中采集数字和 / 或模拟信号， 完成相应运算后对功率电路中的功 率器件进行控制， 并动态追踪太阳能电池阵列的 最大功率点， 调节太阳能电池阵列工作点。 本发明 还公开一种太阳能变频空调系统， 包括太阳能电 池阵列、 直流升压模块、 太阳能光伏并网逆变器及 直流变频空调， 太阳能电池阵列、 直流升压模块及 直流变频空调依次连接， 太阳能光伏并网逆变器 连接在直流升压模块和市电电网之间。本发明实 现以太阳能和市电共同驱动空调运行， 在空调空 闲或太阳能有剩余时， 可将电能回馈市网。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102291043 A1/1 页 2 1. 一种太阳能光伏并网逆变器， 包括功率电路和对所述功率电路进行控制的控制电 路， 其特征在于， 所述功率电路包括 DC/DC 单元、 DC/AC 单元及滤波单元， 所述 DC/DC 单元将 太阳能电池阵列输出的低压直流电转换为高压直流电， 所述 DC/AC 单元将高压直流电转换 为市电交流电， 所述滤波单元连接在所述 DC/AC 单元和市电电网之间 ； 所述控制电路包括 主控电路及 MPPT 单元， 所述主控电路从所述功率电路中采集数字和 / 或模拟信号， 完成相 应运算后对所述功率电路中的功率器件进行控制， 所述 MPPT 单元动态追踪太阳能电池阵 列的最大功率点， 调节太阳能电池阵列的工作点。 2.如权利要求1所述的太阳能光伏并网逆变器， 其特征在于， 所述主控电路包括DSP及 其外围电路、 信号检测及调理电路、 驱动电路及保护电路， 其中 ： 所述信号检测及调理电路 完成强弱电隔离、 电平转换和信号放大及滤波， 以满足所述 DSP 对各路信号电平范围和信 号质量要求 ； 所述驱动电路实现提高脉冲驱动能力和隔离的作用 ； 所述保护电路保证发生 故障时， 从硬件上直接封锁输出脉冲信号。 3. 如权利要求 1 所述的太阳能光伏并网逆变器， 其特征在于， 所述功率电路包括 DClink 单元， 连接在所述 DC/DC 单元和所述 DC/AC 单元之间。 4. 如权利要求 3 所述的太阳能光伏并网逆变器， 其特征在于， 所述控制电路包括中间 电压检测单元， 连接在所述主控电路和所述 DClink 单元之间。 5. 如权利要求 1 所述的太阳能光伏并网逆变器， 其特征在于， 所述控制电路包括 IGBT 驱动单元， 连接在所述主控电路和所述 DC/AC 单元之间。 6. 如权利要求 1 所述的太阳能光伏并网逆变器， 其特征在于， 所述控制电路包括同步 电压检测单元， 检测输出电压及市电电网电压的相位， 以控制输出电压及市电电网电压同 相。 7.如权利要求16任一项所述的太阳能光伏并网逆变器， 其特征在于， 所述控制电路 包括孤岛效应检测单元， 实现主电网断电时自动停止向市电电网供电。 8. 一种太阳能变频空调系统， 其特征在于， 包括太阳能电池阵列、 直流升压模块、 如权 利要求17任一项所述的太阳能光伏并网逆变器及直流变频空调， 所述太阳能电池阵列、 直流升压模块及直流变频空调依次连接， 所述太阳能光伏并网逆变器连接在所述直流升压 模块和市电电网之间。 9. 如权利要求 8 所述的太阳能变频空调系统， 其特征在于， 市电电网和所述直流变频 空调之间连接有整流滤波器。 10. 如权利要求 9 所述的太阳能变频空调系统， 其特征在于， 所述直流升压模块和所述 整流滤波器之间连接有隔离二极管。 权 利 要 求 书 CN 102291026 A CN 102291043 A1/4 页 3 太阳能光伏并网逆变器及太阳能变频空调系统 技术领域 0001 本发明涉及电力电子及家用电器技术领域， 具体涉及一种应用于空调装置的太阳 能光伏并网逆变器及使用该逆变器的太阳能变频空调系统。 背景技术 0002 作为 21 世纪最有潜力的能源， 太阳能以其清洁环保、 蕴藏丰富等优点逐步得到开 发利用。目前已出现太阳能空调器， 大多为热管式， 其原理是以太阳能加热热管或热水， 再 用热管或热水的热能制冷或制热， 其太阳能利用较为有限。随着太阳能在家用电器中应用 的研究深入， 室外机或房屋顶部安装太阳能电池板的空调器亦成为研究开发热点。但空调 使用时间较为有限， 当有足够阳光而空调器待机或开启时间不多时太阳能电池将处于满电 待机状态， 这对太阳能电池资源是一种较大浪费。 0003 为此有必要考虑将太阳能电能反馈给市电或其它家用电器， 由此解决市电白天用 电量大、 供电不足的情况。公开号为 CN102005975A 的发明专利公开说明书提出了一种太阳 能空调装置及由其组成的太阳能空调系统， 可在蓄电单元充电后， 把多余的电能逆变输送 给市电。 但由于使用太阳能时增加了蓄电储能单元， 明显加大了系统的安装及维护成本， 同 时该专利也未对太阳能光伏逆变系统具体如何实现作具体阐述。 发明内容 0004 有鉴于此， 本发明提供一种采用 DSP 控制的太阳能光伏并网逆变器及使用该逆变 器的太阳能变频空调系统， 其中并网逆变器的主要功能是将空调系统所附太阳能电池输出 的直流电逆变成与市电同相的交流电， 并反馈市电及供本家庭其它家用电器使用， 具体而 言 ： 0005 本发明的第一个目的是， 提供一种太阳能光伏并网逆变器解决方案， 以充分利用 太阳能空调产生的电能， 同时将多余的电能反馈并入市电电网或供其它家用电器使用。 0006 本发明的第二个目的是， 提供一种使用上述并网逆变器的太阳能变频空调解决方 案。 该方案中， 变频空调优先使用太阳能产生的电能， 当太阳能产生的电能不够时空调自动 接入市电， 以满足家庭使用需要。 0007 为实现本发明第一个目的， 本发明提供的技术方案是 ： 一种太阳能光伏并网逆变 器， 包括功率电路和对所述功率电路进行控制的控制电路， 所述功率电路包括 DC/DC 单元、 DC/AC 单元及滤波单元， 所述 DC/DC 单元将太阳能电池阵列输出的低压直流电转换为高压 直流电， 所述 DC/AC 单元将高压直流电转换为市电交流电， 所述滤波单元连接在所述 DC/ AC 单元和市电电网之间 ； 所述控制电路包括主控电路及 MPPT 单元， 所述主控电路从所述 功率电路中采集数字和 / 或模拟信号， 完成相应运算后对所述功率电路中的功率器件进行 控制， 所述 MPPT 单元动态追踪太阳能电池阵列的最大功率点， 调节太阳能电池阵列的工作 点。 0008 较优地， 所述主控电路包括 DSP 及其外围电路、 信号检测及调理电路、 驱动电路及 说 明 书 CN 102291026 A CN 102291043 A2/4 页 4 保护电路， 其中 ： 所述信号检测及调理电路完成强弱电隔离、 电平转换和信号放大及滤波， 以满足所述 DSP 对各路信号电平范围和信号质量要求 ； 所述驱动电路实现提高脉冲驱动能 力和隔离的作用 ； 所述保护电路保证发生故障时， 从硬件上直接封锁输出脉冲信号。 0009 较优地， 所述功率电路包括 DClink 单元， 连接在所述 DC/DC 单元和所述 DC/AC 单 元之间。 0010 较优地， 所述控制电路包括中间电压检测单元， 连接在所述主控电路和所述 DClink 单元之间。 0011 较优地， 所述控制电路包括 IGBT 驱动单元， 连接在所述主控电路和所述 DC/AC 单 元之间。 0012 较优地， 所述控制电路包括同步电压检测单元， 检测输出电压及市电电网电压的 相位， 以控制输出电压及市电电网电压同相。 0013 较优地， 所述控制电路包括孤岛效应检测单元， 实现主电网断电时自动停止向电 网供电。 0014 在此基础上， 为实现本发明第二个目的， 本发明提供的技术方案是 ： 一种太阳能变 频空调系统， 包括太阳能电池阵列、 直流升压模块、 上述太阳能光伏并网逆变器及直流变频 空调， 所述太阳能电池阵列、 直流升压模块及直流变频空调依次连接， 所述太阳能光伏并网 逆变器连接在所述直流升压模块和市电电网之间通过将光伏并网逆变器接入直流升压模 块， 可采集多余的太阳能并反馈至市电电网。 0015 较优地， 市电电网和所述直流变频空调之间连接有整流滤波器。当系统检测到太 阳能电力能量不足时， 通过控制市电经整流及平滑滤波后给直流变频空调的控制器提供电 力供应， 以保证直流变频空调器的正常使用。 0016 较优地， 所述直流升压模块和所述整流滤波器之间连接有隔离二极管。通过微控 制器控制直流升压模块升压， 使直流变频空调器工作在最优状态 ： 当太阳能量足够时使其 DC 电压略高于市电整流后的直流电压， 保证直流变频空调 4 优先使用太阳能 ； 当太阳能发 电不足时自动切换至市电驱动， 以保证空调足够的运行能力。 0017 与现有技术相比， 本发明提供太阳能和市电双电源变频空调系统， 可以太阳能和 市电共同驱动空调运行， 使太阳能即得即用成为现实， 由此大大降低了生产成本， 让太阳能 空调走进寻常百姓家庭成为可能。当空调空闲或太阳能有剩余时， 通过本发明公开的光伏 逆变系统亦可回馈市电电网， 不仅节约能源， 又利于环境保护。 附图说明 0018 图 1 为应用本发明太阳能光伏并网逆变器的光伏并网控制系统的组成框图 ； 0019 图 2 为应用本发明光伏并网逆变器的太阳能变频空调系统的组成框图。 具体实施方式 0020 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案， 下面给出优选的实施 例， 并结合附图对本发明作进一步的详细说明。 0021 实施例 1 0022 参见图 1， 表示应用本发明太阳能光伏并网逆变器的光伏并网控制系统的一较优 说 明 书 CN 102291026 A CN 102291043 A3/4 页 5 实施例。所述太阳能光伏并网逆变器 2 应用于太阳能变频空调系统的光伏并网控制系统， 包括功率电路及对功率电路进行控制的控制电路， 其中 ： 所述功率电路包括太阳能电池阵 列 1 与市电电网 3 之间的 DC/DC 单元 21、 Dclink 单元 22、 DC/AC 单元 23 及滤波单元 24 ； 所 述控制电路包括以 DSP 为核心的主控电路 29、 MPPT 单元 25、 中间电压检测单元 26、 IGBT 驱 动单元27及电压同步检测单元28(输出电流及电压同步检测单元)。 以下分别对各部件进 行描述。 0023 上述 DC/DC 单元 21 完成太阳能电池阵列 1 所提供低压直流电向高压直流电的转 换， 同时通过 MPPT 单元 25 调节太阳能电池阵列 1 的工作点， 动态的追寻太阳能电池阵列 1 的最大功率点。 0024 上述 DClink 单元 22 连接在 DC/DC 单元 21 和 DC/AC 单元 23 之间， 可起到限流或 缓冲等作用。 0025 上述DC/AC单元23完成高压直流电向市电交流电的转换， 同时使输出电压与市电 电网电压同相位及保持较高的功率因数。 0026 上述太阳能光伏并网逆变器 2 与市电电网之间连接有滤波单元 24， 防止逆变器对 市电电网 3 产生干扰。 0027 上述主控电路29为以主控制器(DSP)为核心的控制电路， 可从功率电路中采集数 字及模拟信号， 并进行相应运算后完成对功率器件的控制， 以实现DC/DC及DC/AC两级能量 变换的功能。 0028 上述MPPT单元25可最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking， 即能够实 时侦测太阳能板的发电电压， 并追踪最高电压电流值 VI， 使系统以最高的效率对蓄电池充 电 )， 由此实现动态追踪太阳能电池阵列的最大功率点， 调节太阳能电池阵列的工作点。 0029 以上将太阳能光伏逆变器 2 划分为功率电路与控制电路进行描述， 实际上将其划 分为前级电路和后级电路也可方便地进行分析， 简述如下 ： 0030 以下进一步对图 1 所示应用于太阳能光伏逆变器的光伏并网控制系统进行说明。 该系统采用两级式设计 ： 前级为升压斩波器， 后级为全桥式逆变器 ； 前级用于最大功率追 踪， 后级实现对并网电流的控制， 且控制都是由 DSP 主控芯片协调完成的。 0031 具体而言 ： 前级 DC/DC 单元 21 为 Boost 升压斩波电路， ( 因为 T/t off 值远大于 1， 输出电压高于电源电压， 故称升压斩波电路， 也称为 boost 变换器或 Boost Converter)， 将太阳能电池输出的低压直流电变换为 340V 左右的高压直流电 ； 后级为单相全桥逆变电 路， 逆变后得到 220V/50Hz 或 60Hz 的交流电。 0032 上述前级电路组成为 ： 太阳能电池阵列 1、 DC/DC 单元 21、 DCLink 单元 22、 中间电 压检测单元 26、 MPPT 单元 25。 0033 上述后级电路组成为 ： DC/AC 单元 23、 IGBT 驱动单元 27、 电压同步检测单元 28、 滤 波单元 24。 0034 上述电路完成中间电压 Vdc、 市网电压、 并网电流和太阳能电池的电压及电流信号 采样后送至主控电路 29。该主控电路 29 主要包括 DSP 及其外围电路、 信号检测及调理电 路、 驱动电路及保护电路， 其中 ： 信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、 电平转换和信 号放大及滤波等功能， 以满足 DSP 控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求 ； 驱动 电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用 ； 逻辑保护电路则保证发生故障时， 系统能从 说 明 书 CN 102291026 A CN 102291043 A4/4 页 6 硬件上直接封锁输出脉冲信号。 0035 值得注意的是， 本实施例特别设置 MPPT 单元 25， 其控制的最终目的在于动态的追 寻太阳能电池板的最大功率点。 0036 此外， 上述系统的控制电路中也有孤岛效应检测单元 ( 图未示出 )， 通过增加反孤 岛效应的软件设计， 使其具有孤岛效应检测功能。 这样， 当主电网断电时并网逆变器自动停 止向市电电网 3 供电。 0037 实施例 2 0038 参见图 2， 表示应用本发明光伏并网逆变器的太阳能变频空调系统的一较优实施 例， 其包括太阳能电池阵列 1、 直流升压模块 5、 隔离二极管 6、 太阳能光伏逆变器 2、 直流变 频空调 4。 0039 图 2 所示方案中， 由于上述光伏并网逆变器 2 连接直流升压模块 5， 可采集多余的 太阳能并反馈至市电电网3。 这一方案附带有光伏并网逆变控制系统， 从而可省去蓄电池部 分， 由此大大降低太阳能变频空调系统的生产及维护成本。 0040 以下进一步对图 2 所示太阳能变频空调系统的工作原理及工作过程进一步进行 说明。 0041 如图 2 所示系统中， 太阳能电池阵列 1 产生低压直流电， 经过直流升压模块 5 升压 至 340V 高压直流电。该高压直流电一方面直接接入直流变频空调 4 并经其