專利名稱：太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器及方法，尤指一種用于太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)電系統(tǒng)的控制裝置及其方法。
背景技術(shù)：
太陽能光伏產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)的新興產(chǎn)業(yè)之一。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在不斷提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率及使用壽命的同時(shí)，其控制裝置的研發(fā)和應(yīng)用是太陽能光伏系統(tǒng)中最為重要和關(guān)鍵的部分。傳統(tǒng)的控制器控制太陽能電池方陣的輸入陣列數(shù)，以滿足蓄電池的充電要求，同時(shí)通過逆變裝置向交流負(fù)載供電。該技術(shù)的主要技術(shù)問題和缺點(diǎn)是，組件獨(dú)立設(shè)計(jì)不具備并聯(lián)或并網(wǎng)運(yùn)行；控制器采用有級方式控制太陽電池方陣；不具備ZV-ZCS(零壓零流開關(guān))諧振軟開關(guān)逆變技術(shù)、全數(shù)字化DSP(數(shù)字信號處理)技術(shù)、數(shù)字同步鎖相技術(shù)、MPPT(Maximum Power Point Trace)自尋優(yōu)最大功率點(diǎn)技術(shù)、反孤島運(yùn)行技術(shù)、系統(tǒng)集中管理及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、系統(tǒng)組件最優(yōu)化仿真技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足之處，本發(fā)明的主要目的旨在提供一種由并網(wǎng)逆變單元、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元、人機(jī)界面單元、遠(yuǎn)程監(jiān)控單元組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過并網(wǎng)逆變單元，將太陽電池方陣輸出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，通過監(jiān)控單元對交流電網(wǎng)的幅值、頻率、相位的實(shí)時(shí)跟蹤，使系統(tǒng)能自動迅速與交流電網(wǎng)同相位、同幅值并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是要解決ZV-ZCS(零壓零流開關(guān))諧振軟開關(guān)并網(wǎng)逆變技術(shù)、全數(shù)字化DSP(數(shù)字信號處理)技術(shù)、數(shù)字同步鎖相技術(shù)、反孤島運(yùn)行技術(shù)、系統(tǒng)集中管理及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、系統(tǒng)組件最優(yōu)化仿真技術(shù)等問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該裝置由太陽能板、控制裝置、監(jiān)控裝置、交流負(fù)載及交流電網(wǎng)等模塊組成，太陽電池方陣與并網(wǎng)逆變單元相互連接，交流電網(wǎng)與交流負(fù)載相互連接，并網(wǎng)逆變單元的輸出連接到交流電網(wǎng)與交流負(fù)載之間的連線，上位機(jī)與監(jiān)控單元相互連接，監(jiān)控單元與人機(jī)界面單元相互連接；上位機(jī)、監(jiān)控單元與人機(jī)界面單元相互串接后再與太陽電池方陣、并網(wǎng)逆變單元、交流電網(wǎng)及交流負(fù)載相互并接，用RS232接口與人機(jī)界面單元及上位機(jī)通信連接。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變單元的保護(hù)電路輸出信號傳輸?shù)絊PWM波形發(fā)生模塊的輸入端，并網(wǎng)輸出電流控制模塊的一側(cè)輸出信號傳輸?shù)诫娋W(wǎng)過零檢測模塊的輸入端，電網(wǎng)過零檢測模塊的輸出信號傳輸?shù)酵芥i相控制模塊的輸入端，同步鎖相控制模塊的輸出信號傳輸?shù)絊PWM波形發(fā)生模塊的輸入端，SPWM波形發(fā)生模塊的輸出信號傳輸?shù)礁綦x驅(qū)動模塊的輸入端，隔離驅(qū)動模塊的輸出信號傳輸?shù)焦β兽D(zhuǎn)換電路的輸入端，功率轉(zhuǎn)換電路的輸出信號傳輸?shù)阶儔浩鳛V波器模塊的輸入端，變壓器濾波器模塊的輸出信號一路傳輸?shù)讲⒕W(wǎng)輸出電流控制模塊，另一路傳輸?shù)捷敵鲭妷悍答伳K，輸出電壓反饋模塊的輸出信號傳輸?shù)杰涢_關(guān)及DSP控制單元的輸入端，軟開關(guān)及DSP控制單元的輸出信號傳輸?shù)絊PWM波形發(fā)生模塊的輸入端，并網(wǎng)輸出電流控制模塊的另一側(cè)輸出端與交流電網(wǎng)輸入端相互并接。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變單元的軟開關(guān)由零電流開關(guān)、零電壓開關(guān)和零電壓電流開關(guān)組成。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變單元的逆變電路由三相全橋電路及絕緣柵場效應(yīng)管組成；并網(wǎng)逆變單元的驅(qū)動回路由低損耗零壓零流開通/關(guān)斷諧振軟開關(guān)和全數(shù)字化DSP電路組成。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的控制裝置的控制芯片由16位INTEL80C196MC芯片組成。
一種太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法，其并網(wǎng)逆變方法用零壓零流開通/關(guān)斷軟開關(guān)的并網(wǎng)逆變技術(shù)完成并網(wǎng)控制系統(tǒng)，用零壓零流開通/關(guān)斷諧振技術(shù)、全數(shù)字化DSP技術(shù)、數(shù)字同步鎖相技術(shù)，將太陽能電池方陣輸出的直流電能轉(zhuǎn)換為50/60Hz的正弦波交流電能，自動完成與交流電網(wǎng)同頻率、同相位的并網(wǎng)控制。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法的電網(wǎng)檢測方法為被動檢測與主動檢測相結(jié)合，其中a)、被動檢測方法為電壓相位跳變方式，包括步驟1.相位檢測監(jiān)測系統(tǒng)輸出電壓的每個(gè)周波的周期，對前10個(gè)周波的平均相位的檢測，監(jiān)測相位的跳變；步驟2.判斷相位跳變的整定值設(shè)定為5°，整定時(shí)間為0.20秒，根據(jù)系統(tǒng)輸出電壓出現(xiàn)一定相位跳變來判斷系統(tǒng)是否單獨(dú)運(yùn)行，在整定時(shí)間內(nèi)相位變化返回到平均相值時(shí)，不判為單獨(dú)運(yùn)行；b)、主動檢測方法為無功功率變動方式，包括變動通過將并網(wǎng)控制系統(tǒng)的輸出電流頻率周期性地改變，無功功率產(chǎn)生變動；c)、被動檢測方法和主動檢測方法相結(jié)合為“反孤島”運(yùn)行保護(hù)。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法的并網(wǎng)運(yùn)行控制方法包括a)、獨(dú)立供電及自動同步并網(wǎng)運(yùn)行控制的具體工作步驟是步驟1.電網(wǎng)解列并網(wǎng)控制系統(tǒng)在電網(wǎng)停電時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動與電網(wǎng)解列，獨(dú)立向重要負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)交流電能；步驟2.提供電能在配備蓄電池后，系統(tǒng)在夜間不間斷地提供電能；步驟3.切換至并網(wǎng)發(fā)電在電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，通過與電網(wǎng)電壓同步，在不影響給負(fù)載供電的情況下切換至并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行方式；步驟4.監(jiān)測控制系統(tǒng)監(jiān)測太陽電池方陣輸出電壓和輸出功率，控制太陽能電池方陣投入或停止運(yùn)行；b)、并網(wǎng)控制系統(tǒng)運(yùn)行及停止控制的具體工作步驟是步驟1.電壓設(shè)定電壓為太陽電池方陣在25℃時(shí)最大輸出動作電壓的80％值；起動電壓1為比電壓值高10V；起動電壓2為起動電壓1的1.05倍；步驟2.運(yùn)行條件太陽電池方陣的開路電壓在超過起動電壓1的設(shè)定值20分鐘后運(yùn)行；或太陽電池方陣的開路電壓在超過起動電壓2的設(shè)定值10秒鐘后運(yùn)行；步驟3.停止條件太陽電池方陣的輸出功率小于標(biāo)稱值的5％20分鐘后停止；c)、并網(wǎng)控制系統(tǒng)電壓自動調(diào)整的具體工作步驟是步驟1.超前相位無功功率控制從功率因素為1過渡到超前無功功率控制的設(shè)定值，電網(wǎng)提供超前相位電流節(jié)時(shí)增加，變換效率；步驟2.輸出功率控制當(dāng)超前相位無功功率控制對電壓升高的抑制達(dá)到臨界值時(shí)，系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)由輸出功率控制，限制并網(wǎng)控制系統(tǒng)的輸出功率。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法的管理監(jiān)控方法用并網(wǎng)控制系統(tǒng)集中管理和當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)程監(jiān)控方法完成，其中a)、監(jiān)控單元通過電壓、電流霍爾傳感器對并網(wǎng)控制系統(tǒng)各組件參數(shù)進(jìn)行采集，根據(jù)各組件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析，作出相應(yīng)的控制操作，同時(shí)通過RS232或RS485串口與觸摸式人機(jī)界面、上位機(jī)雙向通信；b)、用監(jiān)控單元完成模擬量數(shù)據(jù)采集、開關(guān)量數(shù)據(jù)采集、開關(guān)量控制輸出、保護(hù)、通信的控制操作。
本發(fā)明的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器由并網(wǎng)逆變單元、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元、人機(jī)界面單元、遠(yuǎn)程監(jiān)控單元(上位機(jī))組成，該系統(tǒng)通過并網(wǎng)逆變單元，將太陽電池方陣輸出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，通過監(jiān)控單元對交流電網(wǎng)的幅值、頻率、相位的實(shí)時(shí)跟蹤，使系統(tǒng)能自動迅速與交流電網(wǎng)同相位、同幅值并網(wǎng)。系統(tǒng)通過RS232或RS485接口與人機(jī)界面單元及上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)程監(jiān)控功能。
本發(fā)明的有益效果是以正弦波電流的方式并網(wǎng)送電減小對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波干擾和過多的無功分量，用絕緣柵場效應(yīng)管作逆變電路的功率器件，集功率MOSFET和雙極型晶體管的優(yōu)點(diǎn)于一體，具有驅(qū)動電路簡單、電壓和電流容量大、工作頻率高、開關(guān)損耗低、安全工作區(qū)大、工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良、安全可靠、智能化程度高、電磁干擾小、效率高。在性能和可靠性上達(dá)到了國際先進(jìn)水平。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
附圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)方框示意圖；附圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是本發(fā)明并網(wǎng)逆變單元原理方框示意圖；附圖中標(biāo)號說明1-太陽電池方陣；201-保護(hù)電路；2-并網(wǎng)逆變單元；202-同步鎖相控制；3-交流電網(wǎng)；203-電網(wǎng)過零檢測；4-交流負(fù)載；204-并網(wǎng)輸出電流控制；5-上位機(jī)； 205-SPWM波形發(fā)生；6-監(jiān)控單元；206-隔離驅(qū)動；7-人機(jī)界面單元；207-功率轉(zhuǎn)換電路；8-太陽能板；208-變壓器濾波器；9-并網(wǎng)逆變器； 209-軟開關(guān)及DSP控制單元；210-輸出電壓反饋；具體實(shí)施方式
請參閱附圖1、2、3所示，本發(fā)明的裝置由太陽能板8、控制裝置、監(jiān)控裝置、交流負(fù)載4及交流電網(wǎng)3等裝置組成，太陽電池方陣1與并網(wǎng)逆變單元2相互連接，交流電網(wǎng)3與交流負(fù)載4相互連接，并網(wǎng)逆變單元2的輸出連接到交流電網(wǎng)3與交流負(fù)載4之間的連線，上位機(jī)5與監(jiān)控單元6相互連接，監(jiān)控單元6與人機(jī)界面單元7相互連接；上位機(jī)5、監(jiān)控單元6與人機(jī)界面單元7相互串接后再與太陽電池方陣1、并網(wǎng)逆變單元2、交流電網(wǎng)3及交流負(fù)載4相互并接，用RS232接口與人機(jī)界面單元7及上位機(jī)5通信連接。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變單元2的保護(hù)電路201輸出信號傳輸?shù)絊PWM波形發(fā)生205模塊的輸入端，并網(wǎng)輸出電流控制204模塊的一側(cè)輸出信號傳輸?shù)诫娋W(wǎng)過零檢測203模塊的輸入端，電網(wǎng)過零檢測203模塊的輸出信號傳輸?shù)酵芥i相控制202模塊的輸入端，同步鎖相控制202模塊的輸出信號傳輸?shù)絊PWM波形發(fā)生205模塊的輸入端，SPWM波形發(fā)生205模塊的輸出信號傳輸?shù)礁綦x驅(qū)動206模塊的輸入端，隔離驅(qū)動206模塊的輸出信號傳輸?shù)焦β兽D(zhuǎn)換電路207的輸入端，功率轉(zhuǎn)換電路207的輸出信號傳輸?shù)阶儔浩鳛V波器208模塊的輸入端，變壓器濾波器208模塊的輸出信號一路傳輸?shù)讲⒕W(wǎng)輸出電流控制204模塊，另一路傳輸?shù)捷敵鲭妷悍答?10模塊，輸出電壓反饋210模塊的輸出信號傳輸?shù)杰涢_關(guān)及DSP控制單元209的輸入端，軟開關(guān)及DSP控制單元209的輸出信號傳輸?shù)絊PWM(脈寬調(diào)制)波形發(fā)生205模塊的輸入端，并網(wǎng)輸出電流控制204模塊的另一側(cè)輸出端與交流電網(wǎng)3輸入端相互并接。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變單元2的軟開關(guān)由零電流開關(guān)、零電壓開關(guān)和零電壓電流開關(guān)組成，并網(wǎng)逆變單元2驅(qū)動回路采用國際先進(jìn)的低損耗ZV-ZCS(零壓零流開通/關(guān)斷)諧振軟開關(guān)技術(shù)和全數(shù)字化DSP(數(shù)字信號處理)控制技術(shù)，主回路采用國際流行的智能功率模塊IGBT(絕緣柵場效應(yīng)管)作為功率器件；并網(wǎng)逆變單元2采用數(shù)字同步鎖相技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動迅速與電網(wǎng)電壓同相位、同扶值的并網(wǎng)；為了保證在切換至并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生對負(fù)荷的沖擊，并網(wǎng)逆變單元2采用電流瞬時(shí)控制，將電流控制成50/60Hz正弦波，以正弦波電流的方式并網(wǎng)送電減小對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波干擾和過多的無功分量；本并網(wǎng)逆變單元2輸出電流的總諧波含量(THD)＜5％，各次諧波含量＜3％，并網(wǎng)逆變單元2的技術(shù)指標(biāo)達(dá)國際先進(jìn)水平。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變單元2的逆變電路由三相全橋電路及絕緣柵場效應(yīng)管組成；并網(wǎng)逆變單元2的驅(qū)動回路由低損耗零壓零流開通/關(guān)斷諧振軟開關(guān)和全數(shù)字化DSP電路組成用IGBT(絕緣柵場效應(yīng)管)作逆變電路的功率器件，IGBT(絕緣柵場效應(yīng)管)是電壓控制型器件，它集功率MOSFET和雙極型晶體管的優(yōu)點(diǎn)于一體；并網(wǎng)逆變單元2控制回路采用低損耗ZV-ZCS(零壓零流開通)諧振軟開關(guān)技術(shù)和DSP(數(shù)字信號處理)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)SPWM(脈寬調(diào)制)開關(guān)驅(qū)動信號的輸出；該技術(shù)是預(yù)先將0～360°正弦值作為參考信號存在EOROM中；本系統(tǒng)采用單極性SPWM控制，開關(guān)驅(qū)動信號通過隔離驅(qū)動主回路單相全橋的功率器件，將太陽電池方陣輸出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，再經(jīng)過濾波電感和工頻變壓器將其轉(zhuǎn)換為380V的三相四線的標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓；并網(wǎng)逆變單元2采用電流瞬時(shí)控制，以正弦波電流方式轉(zhuǎn)換，有效地抑制波形中的高次諧波成分過多的無功分量。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的控制裝置的控制芯片由16位INTEL80C196MC芯片組成；該芯片數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，指令的執(zhí)行速度快，尤其是其內(nèi)部集成了最具特色的三相波形發(fā)生器(WFG)單元，大大簡化了用于SPWM波形發(fā)生軟件和外部硬件。
一種太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法，其并網(wǎng)逆變方法用零壓零流開通/關(guān)斷ZV-ZCS軟開關(guān)的并網(wǎng)逆變技術(shù)完成并網(wǎng)控制系統(tǒng)，用ZV-ZCS(零壓零流開通/關(guān)斷)諧振技術(shù)、全數(shù)字化DSP技術(shù)、數(shù)字同步鎖相技術(shù)，將太陽能電池方陣輸出的直流電能轉(zhuǎn)換為50/60Hz的正弦波交流電能，自動完成與交流電網(wǎng)同頻率、同相位的并網(wǎng)控制。
為保證光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，提出了包括反孤島運(yùn)行電網(wǎng)解列保護(hù)技術(shù)在內(nèi)的多種檢測和保護(hù)功能；并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)因意外情況出現(xiàn)停電時(shí)，并網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備應(yīng)該能夠及時(shí)檢測出電網(wǎng)停電情況，并與電網(wǎng)解列，停止向電網(wǎng)送電，以保護(hù)人身和設(shè)備安全，采用了被動與主動相結(jié)合的檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“反孤島”保護(hù)功能，確保了對電網(wǎng)停電的實(shí)時(shí)監(jiān)測和及時(shí)反應(yīng)。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法的電網(wǎng)檢測方法為被動檢測與主動檢測相結(jié)合，其中a)、被動檢測方法為電壓相位跳變方式，包括步驟1.相位檢測監(jiān)測系統(tǒng)輸出電壓的每個(gè)周波的周期，對前10個(gè)周波的平均相位的檢測，監(jiān)測相位的跳變；步驟2.判斷相位跳變的整定值設(shè)定為5°(也可設(shè)定3°、8°)，整定時(shí)間為0.20秒，根據(jù)系統(tǒng)輸出電壓出現(xiàn)一定相位跳變來判斷系統(tǒng)是否單獨(dú)運(yùn)行，為防止誤檢出，在整定時(shí)間內(nèi)相位變化返回到平均相值時(shí)，不判為單獨(dú)運(yùn)行；b)、主動檢測方法為無功功率變動方式，包括變動通過將并網(wǎng)控制系統(tǒng)的輸出電流頻率周期性地改變，無功功率產(chǎn)生變動；c)、被動檢測方法和主動檢測方法相結(jié)合為“反孤島”運(yùn)行保護(hù)。
本發(fā)明的并網(wǎng)控制系統(tǒng)可獨(dú)立供電或自動同步并網(wǎng)運(yùn)行，滿足電網(wǎng)并網(wǎng)和重要負(fù)載不間斷供電要求。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法的并網(wǎng)運(yùn)行控制方法包括a)、獨(dú)立供電及自動同步并網(wǎng)運(yùn)行控制的具體工作步驟是步驟1.電網(wǎng)解列并網(wǎng)控制系統(tǒng)在電網(wǎng)停電時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自動與電網(wǎng)解列，獨(dú)立向重要負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)交流電能；步驟2.提供電能在配備蓄電池后，本系統(tǒng)還可在夜間不間斷地提供電能；步驟3.切換至并網(wǎng)發(fā)電在電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，通過與電網(wǎng)電壓同步，可在不影響給負(fù)載供電的情況下切換至并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行方式；步驟4.監(jiān)測控制系統(tǒng)監(jiān)測太陽電池方陣輸出電壓和輸出功率，控制太陽能電池方陣投入或停止運(yùn)行，防止出現(xiàn)剩余功率逆潮流，導(dǎo)致并網(wǎng)點(diǎn)的電壓升高而超過電網(wǎng)的規(guī)定值；b)、并網(wǎng)控制系統(tǒng)運(yùn)行及停止控制的具體工作步驟是步驟1.電壓設(shè)定最佳電壓為太陽電池方陣在25℃時(shí)最大輸出動作電壓的80％值(四舍五入)；起動電壓1為比最佳電壓值高10V；起動電壓2為起動電壓1的1.05倍；如最佳電壓設(shè)定為220V，起動電壓1為230V，起動電壓2為242V。
步驟2.運(yùn)行條件太陽電池方陣的開路電壓在超過起動電壓1的設(shè)定值20分鐘后運(yùn)行；或太陽電池方陣的開路電壓在超過起動電壓2的設(shè)定值10秒鐘后運(yùn)行；步驟3.停止條件太陽電池方陣的輸出功率小于標(biāo)稱值的5％20分鐘后停止；本發(fā)明的并網(wǎng)控制系統(tǒng)電壓自動調(diào)整并網(wǎng)控制系統(tǒng)連接電網(wǎng)，出現(xiàn)剩余功率逆潮流的時(shí)候，由于系統(tǒng)阻抗高，并網(wǎng)點(diǎn)的電壓會升高，甚至超過電網(wǎng)的規(guī)定值，為避免這種情況采用電壓自動調(diào)整。
c)、并網(wǎng)控制系統(tǒng)電壓自動調(diào)整的具體工作步驟是步驟1.超前相位無功功率控制從功率因素為1過渡到超前無功功率控制的設(shè)定值，電網(wǎng)提供超前相位電流節(jié)時(shí)增加，變換效率略微降低；步驟2.輸出功率控制當(dāng)超前相位無功功率控制對電壓升高的抑制達(dá)到臨界值時(shí)，系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)由輸出功率控制，限制并網(wǎng)控制系統(tǒng)的輸出功率，防止電壓升高，太陽電池方陣的發(fā)電功率即使在額定值，也要限制輸出功率。
本發(fā)明的監(jiān)控單元實(shí)現(xiàn)對并網(wǎng)控制器(包括太陽電池方陣、交流電網(wǎng))的集中管理和就地/遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，通過觸摸人機(jī)界面顯示和操作。
所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法的管理監(jiān)控方法用并網(wǎng)控制系統(tǒng)集中管理和當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)程監(jiān)控方法完成，其中a)、監(jiān)控單元通過電壓、電流霍爾傳感器對并網(wǎng)控制系統(tǒng)各組件參數(shù)進(jìn)行采集，根據(jù)各組件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析，作出相應(yīng)的控制操作，同時(shí)通過RS232或RS485串口與觸摸式人機(jī)界面、上位機(jī)雙向通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)程監(jiān)控功能；b)、用監(jiān)控單元完成模擬量數(shù)據(jù)采集、開關(guān)量數(shù)據(jù)采集、開關(guān)量控制輸出、保護(hù)、通信的控制操作。
本發(fā)明的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器或由并網(wǎng)逆變單元2、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元、人機(jī)界面單元7、遠(yuǎn)程監(jiān)控單元(上位機(jī))組成，該系統(tǒng)通過并網(wǎng)逆變單元2，將太陽電池方陣1輸出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，通過監(jiān)控單元6對交流電網(wǎng)3的幅值、頻率、相位的實(shí)時(shí)跟蹤，使系統(tǒng)能自動迅速與交流電網(wǎng)3同相位、同幅值并網(wǎng)。系統(tǒng)通過RS232或RS485接口與人機(jī)界面單元7及上位機(jī)5通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)程監(jiān)控功能。
請參閱附圖2所示，為本發(fā)明系統(tǒng)的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，太陽能板8的輸出信號傳送到并網(wǎng)逆變器9的輸入端，并網(wǎng)逆變器9的輸出端與交流電網(wǎng)3的輸入端相連接，交流負(fù)載4并接與并網(wǎng)逆變器9的輸出端。
權(quán)利要求
1.一種太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器，該裝置有太陽能板、控制裝置、監(jiān)控裝置、交流負(fù)載及交流電網(wǎng)裝置，其特征在于太陽電池方陣與并網(wǎng)逆變單元相互連接，交流電網(wǎng)與交流負(fù)載相互連接，并網(wǎng)逆變單元的輸出連接到交流電網(wǎng)與交流負(fù)載之間的連線，上位機(jī)與監(jiān)控單元相互連接，監(jiān)控單元與人機(jī)界面單元相互連接；上位機(jī)、監(jiān)控單元與人機(jī)界面單元相互串接后再與太陽電池方陣、并網(wǎng)逆變單元、交流電網(wǎng)及交流負(fù)載相互并接，用RS232接口與人機(jī)界面單元及上位機(jī)通信連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器，其特征在于所述的并網(wǎng)逆變單元的保護(hù)電路輸出信號傳輸?shù)絊PWM波形發(fā)生模塊的輸入端，并網(wǎng)輸出電流控制模塊的一側(cè)輸出信號傳輸?shù)诫娋W(wǎng)過零檢測模塊的輸入端，電網(wǎng)過零檢測模塊的輸出信號傳輸?shù)酵芥i相控制模塊的輸入端，同步鎖相控制模塊的輸出信號傳輸?shù)絊PWM波形發(fā)生模塊的輸入端，SPWM波形發(fā)生模塊的輸出信號傳輸?shù)礁綦x驅(qū)動模塊的輸入端，隔離驅(qū)動模塊的輸出信號傳輸?shù)焦β兽D(zhuǎn)換電路的輸入端，功率轉(zhuǎn)換電路的輸出信號傳輸?shù)阶儔浩鳛V波器模塊的輸入端，變壓器濾波器模塊的輸出信號一路傳輸?shù)讲⒕W(wǎng)輸出電流控制模塊，另一路傳輸?shù)捷敵鲭妷悍答伳K，輸出電壓反饋模塊的輸出信號傳輸?shù)杰涢_關(guān)及DSP控制單元的輸入端，軟開關(guān)及DSP控制單元的輸出信號傳輸?shù)絊PWM波形發(fā)生模塊的輸入端，并網(wǎng)輸出電流控制模塊的另一側(cè)輸出端與交流電網(wǎng)輸入端相互并接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器，其特征在于所述的并網(wǎng)逆變單元的軟開關(guān)由零電流開關(guān)、零電壓開關(guān)和零電壓電流開關(guān)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器，其特征在于所述的并網(wǎng)逆變單元的逆變電路由三相全橋電路及絕緣柵場效應(yīng)管組成；并網(wǎng)逆變單元的驅(qū)動回路由低損耗零壓零流開通/關(guān)斷諧振軟開關(guān)和全數(shù)字化DSP電路組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器，其特征在于所述控制裝置的控制芯片由16位INTEL80C196MC芯片組成。
6.一種太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法，其特征在于并網(wǎng)逆變方法用零壓零流開通/關(guān)斷軟開關(guān)的并網(wǎng)逆變技術(shù)完成并網(wǎng)控制系統(tǒng)，用零壓零流開通/關(guān)斷諧振技術(shù)、全數(shù)字化DSP技術(shù)、數(shù)字同步鎖相技術(shù)，將太陽能電池方陣輸出的直流電能轉(zhuǎn)換為50/60Hz的正弦波交流電能，自動完成與交流電網(wǎng)同頻率、同相位的并網(wǎng)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法，其特征在于所述的電網(wǎng)檢測方法為被動檢測與主動檢測相結(jié)合，其中a)、被動檢測方法為電壓相位跳變方式，包括步驟1.相位檢測監(jiān)測系統(tǒng)輸出電壓的每個(gè)周波的周期，對前10個(gè)周波的平均相位的檢測，監(jiān)測相位的跳變；步驟2.判斷相位跳變的整定值設(shè)定為5°，整定時(shí)間為0.20秒，根據(jù)系統(tǒng)輸出電壓出現(xiàn)一定相位跳變來判斷系統(tǒng)是否單獨(dú)運(yùn)行，在整定時(shí)間內(nèi)相位變化返回到平均相值時(shí)，不判為單獨(dú)運(yùn)行；b)、主動檢測方法為無功功率變動方式，包括變動通過將并網(wǎng)控制系統(tǒng)的輸出電流頻率周期性地改變，無功功率產(chǎn)生變動；c)、被動檢測方法和主動檢測方法相結(jié)合為“反孤島”運(yùn)行保護(hù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法，其特征在于所述的并網(wǎng)運(yùn)行控制方法包括a)、獨(dú)立供電及自動同步并網(wǎng)運(yùn)行控制的具體工作步驟是步驟1.電網(wǎng)解列并網(wǎng)控制系統(tǒng)在電網(wǎng)停電時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動與電網(wǎng)解列，獨(dú)立向重要負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)交流電能；步驟2.提供電能在配備蓄電池后，系統(tǒng)在夜間不間斷地提供電能；步驟3.切換至并網(wǎng)發(fā)電在電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，通過與電網(wǎng)電壓同步，在不影響給負(fù)載供電的情況下切換至并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行方式；步驟4.監(jiān)測控制系統(tǒng)監(jiān)測太陽電池方陣輸出電壓和輸出功率，控制太陽能電池方陣投入或停止運(yùn)行；b)、并網(wǎng)控制系統(tǒng)運(yùn)行及停止控制的具體工作步驟是步驟1.電壓設(shè)定電壓為太陽電池方陣在25℃時(shí)最大輸出動作電壓的80％值；起動電壓1為比電壓值高10V；起動電壓2為起動電壓1的1.05倍；步驟2.運(yùn)行條件太陽電池方陣的開路電壓在超過起動電壓1的設(shè)定值20分鐘后運(yùn)行；或太陽電池方陣的開路電壓在超過起動電壓2的設(shè)定值10秒鐘后運(yùn)行；步驟3.停止條件太陽電池方陣的輸出功率小于標(biāo)稱值的5％20分鐘后停止；c)、并網(wǎng)控制系統(tǒng)電壓自動調(diào)整的具體工作步驟是步驟1.超前相位無功功率控制從功率因素為1過渡到超前無功功率控制的設(shè)定值，電網(wǎng)提供超前相位電流節(jié)時(shí)增加，變換效率；步驟2.輸出功率控制當(dāng)超前相位無功功率控制對電壓升高的抑制達(dá)到臨界值時(shí)，系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)由輸出功率控制，限制并網(wǎng)控制系統(tǒng)的輸出功率。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器的并網(wǎng)逆變、電網(wǎng)檢測、并網(wǎng)運(yùn)行控制及管理監(jiān)控方法，其特征在于所述的管理監(jiān)控方法用并網(wǎng)控制系統(tǒng)集中管理和當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)程監(jiān)控方法完成，其中a)、監(jiān)控單元通過電壓、電流霍爾傳感器對并網(wǎng)控制系統(tǒng)各組件參數(shù)進(jìn)行采集，根據(jù)各組件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析，作出相應(yīng)的控制操作，同時(shí)通過RS232或RS485串口與觸摸式人機(jī)界面、上位機(jī)雙向通信；b)、用監(jiān)控單元完成模擬量數(shù)據(jù)采集、開關(guān)量數(shù)據(jù)采集、開關(guān)量控制輸出、保護(hù)、通信的控制操作。
全文摘要
一種涉及太陽能光伏整體集成并網(wǎng)控制器及方法，尤指一種用于太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)電系統(tǒng)的控制裝置及其方法。該發(fā)明的裝置由太陽能板、控制裝置、監(jiān)控裝置、交流負(fù)載及交流電網(wǎng)等組成，太陽電池方陣與并網(wǎng)逆變單元相互連接，交流電網(wǎng)與交流負(fù)載相互連接，并網(wǎng)逆變單元的輸出連接到交流電網(wǎng)與交流負(fù)載之間的連線，上位機(jī)與監(jiān)控單元相互連接，監(jiān)控單元與人機(jī)界面單元相互連接，用RS232接口與人機(jī)界面單元及上位機(jī)通信連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是具有驅(qū)動電路簡單、電壓和電流容量大、工作頻率高、開關(guān)損耗低、安全工作區(qū)大、工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)良、安全可靠、電磁干擾小、效率高。
文檔編號H02J5/00GK1554913SQ200310122930
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月29日
發(fā)明者饒寧陽, 陳鳴波, 錢斌 申請人:上海誠意電器有限公司, 上海紫儀科技發(fā)展有限公司