太陽能空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空調(diào)器領(lǐng)域，具體而言，涉及一種太陽能空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如圖1所示的多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)主要包括太陽能電池陣列100’、DC/DC變換器、AC/DC變換器、空調(diào)機(jī)組300’、蓄電池700’和單相電網(wǎng)400’等部分。
[0003]DC/DC變換器301’即為直流-直流轉(zhuǎn)換器，將輸入電壓轉(zhuǎn)換后輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器。AC/DC變換器303’即為交流-直流轉(zhuǎn)換器，用于將交流輸入轉(zhuǎn)換成直流輸出。
[0004]在圖1所示的多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)中，太陽能電池陣列把太陽光轉(zhuǎn)換成直流電，直流電經(jīng)DC/DC變換器轉(zhuǎn)換后，輸出直流電壓給空調(diào)機(jī)組，同時，DC/DC變換器可以實現(xiàn)對太陽能電池板的最大功率點追蹤(MPPT) ；AC/DC變換器把單相電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換成直流電給空調(diào)機(jī)組供電。
[0005]具體地，當(dāng)太陽能電池陣列的輸出功率不能滿足空調(diào)機(jī)組的運行功率時，空調(diào)機(jī)組運行所缺的能量由AC/DC變換器經(jīng)單向電網(wǎng)轉(zhuǎn)換而來。
[0006]在該系統(tǒng)中空調(diào)機(jī)組并聯(lián)蓄電池，當(dāng)太陽能電池陣列的輸出功率大于空調(diào)機(jī)組的運行功率時，太陽能電池陣列輸出的多余能量儲存在蓄電池中，待太陽能電池陣列的輸出功率不足時給空調(diào)機(jī)組供電。
[0007]在上述方案中，只能實現(xiàn)準(zhǔn)并網(wǎng):即當(dāng)太陽能電池陣列的輸出功率不足時，可以從電網(wǎng)取電；而當(dāng)太陽能電池陣列的輸出功率充足時，多余能量不能回饋電網(wǎng)，而是儲存在蓄電池中，而蓄電池成本高，占空間大，轉(zhuǎn)換效率低；并且上述系統(tǒng)只能用于I?1.5HP的家用空調(diào)，使用單相電源，功率等級小，安裝投入費用高，城市安裝空間受限，市場推廣有限。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)中還有另外一種太陽能多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，如圖2所示，該系統(tǒng)主要包括太陽能電池陣列、空調(diào)變頻器和第一直流母線，其中空調(diào)變頻器包括整流逆變并網(wǎng)模塊、逆變功率模塊和第二直流母線。在該系統(tǒng)中，太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電通過第一直流母線進(jìn)入到空調(diào)變頻器；整流逆變并網(wǎng)模塊和逆變功率模塊通過第二直流母線相連，第一直流母線和第二直流母線相連。具體地，整流逆變并網(wǎng)模塊可根據(jù)太陽能電池陣列的輸出功率和空調(diào)機(jī)組所需的功率進(jìn)行整流和逆變并網(wǎng)的切換，同時，整流逆變并網(wǎng)模塊實現(xiàn)對太陽能電池陣列的最大功率點追蹤(MPPT)。
[0009]在如圖2示出的空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)變頻器中整流逆變并網(wǎng)模塊230’和逆變功率模塊210’的低壓直流工作電源由AC/DC模塊提供，AC/DC模塊的輸入電源由公用電網(wǎng)400’提供；空調(diào)機(jī)組300’的系統(tǒng)負(fù)載(如均油閥、回油閥等)電源由公用電網(wǎng)單相電源(220VAC)提供。
[0010]在圖2示出的變頻空調(diào)系統(tǒng)中，由于太陽能電池陣列100’輸出的電流通過第一直流母線260’接入到整流逆變并網(wǎng)模塊，太陽能電池陣列的最大功率點追蹤(MPPT)由整流逆變并網(wǎng)模塊實現(xiàn)，故太陽能電池陣列輸出電壓由整流逆變并網(wǎng)模塊決定，在這個過程中要實現(xiàn)多余的能量能回饋電網(wǎng)，必須保證第二直流母線310’的電壓比公用電網(wǎng)高，從而決定了太陽能電池陣列輸出電壓也比公用電網(wǎng)(額定540VDC)高，故其MPPT實現(xiàn)的電壓范圍也必須高于公用電網(wǎng)電壓。因此，在一天當(dāng)中的大部分時間里無法實現(xiàn)太陽能電池陣列的最大功率點追蹤(MPPT)，MPPT效率低下，達(dá)不到最優(yōu)利用太陽能電池陣列輸出功率的目的；同時，對太陽能電池陣列所需數(shù)量也增多，增加了投入成本；并且空調(diào)機(jī)組的系統(tǒng)負(fù)載(如均油閥、回油閥等)電源為交流電，機(jī)組的空調(diào)變頻器330’又有直流電(第二直流母線)，不同類型電源之間相互交錯會帶來電磁干擾問題。
[0011]由上可知，現(xiàn)有技術(shù)中的多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的方案主要有如下缺陷:
[0012](I)現(xiàn)有方案一中太陽能電池陣列輸出的多余能量不能回饋電網(wǎng)，需要增加蓄電池造成的成本過高；并且現(xiàn)有技術(shù)中的方案可供的空調(diào)功率等級小，使用場合受限、投入成本高帶來的推廣難。
[0013](2)現(xiàn)有方案中的最大功率點追蹤(MPPT)效率低,無法最優(yōu)利用太陽能發(fā)電。
[0014](3)現(xiàn)有方案中不同類型(直流和交流)電源之間相互交錯會帶來電磁干擾；現(xiàn)有方案中系統(tǒng)負(fù)載電源為高壓交流電帶來的安全性問題。
[0015]針對現(xiàn)有技術(shù)中采用太陽能電池陣列輸出的多余能量不能回饋電網(wǎng)、使用蓄電池造成的成本過高，以及空調(diào)功率等級小、使用場合受限、投入成本高帶來的推廣難的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]針對相關(guān)技術(shù)中采用太陽能電池陣列輸出的多余能量不能回饋電網(wǎng)、使用蓄電池造成的成本過高，以及空調(diào)功率等級小、使用場合受限、投入成本高帶來的推廣難的問題，目前尚未提出有效的解決方案，為此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種太陽能空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法，以解決上述問題。
[0017]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種太陽能空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:太陽能電池陣列；光伏變流器，光伏變流器連接于太陽能電池陣列與公用電網(wǎng)之間；空調(diào)機(jī)組，與光伏變流器連接；其中，光伏變流器包括:升壓電路、整流逆變并網(wǎng)電路以及控制電路，控制電路連接于升壓電路與太陽能電池陣列之間，控制電路用于根據(jù)太陽能電池陣列的輸出電流和輸出電壓向升壓電路發(fā)送最大功率輸出控制信號；控制電路分別與整流逆變并網(wǎng)電路、太陽能電池陣列以及空調(diào)機(jī)組連接，用于根據(jù)太陽能電池陣列的輸出功率和空調(diào)機(jī)組的運行功率向整流逆變并網(wǎng)電路發(fā)送狀態(tài)切換控制信號；升壓電路與太陽能電池陣列連接，用于通過最大功率輸出控制信號控制太陽能電池陣列輸出最大功率；以及整流逆變并網(wǎng)電路連接于升壓電路與公用電網(wǎng)之間，用于通過狀態(tài)切換控制信號在整流和逆變并網(wǎng)的工作狀態(tài)之間切換，以使用公用電網(wǎng)和太陽能電池陣列的能量為空調(diào)機(jī)組供電，以及控制太陽能電池陣列的能量回饋公用電網(wǎng)。
[0018]進(jìn)一步地，太陽能空調(diào)系統(tǒng)還包括:匯流電路，匯流電路連接于太陽能電池陣列與升壓電路之間，太陽能電池陣列輸出的直流電通過匯流電路匯流后通過升壓電路輸入第一直流母線；第一直流母線，升壓電路通過第一直流母線與整流逆變并網(wǎng)電路連接；第二直流母線，第二直流母線的第一端與第一直流母線連接，第二直流母線的第二端與空調(diào)機(jī)組連接。
[0019]進(jìn)一步地，空調(diào)機(jī)組包括:壓縮機(jī)逆變電路，壓縮機(jī)逆變電路通過第二直流母線接收光伏變流器的供能直流電，壓縮機(jī)逆變電路與壓縮機(jī)連接，用于將供能直流電逆變成驅(qū)動壓縮機(jī)的交流電；風(fēng)機(jī)逆變電路，風(fēng)機(jī)逆變電路通過第二直流母線接收光伏變流器的供能直流電，風(fēng)機(jī)逆變電路與風(fēng)機(jī)連接，用于將供能直流電逆變成驅(qū)動風(fēng)機(jī)的交流電；壓縮機(jī)逆變電路包括第一控制電路，風(fēng)機(jī)逆變電路包括第二控制電路；開關(guān)電源，分別與第一控制電路、第二控制電路、空調(diào)主控電路以及空調(diào)機(jī)組直流負(fù)載連接，開關(guān)電源通過第二直流母線接收光伏變流器的供能直流電，開關(guān)電源用于將供能直流電變成低壓直流電，為第一控制電路、第二控制電路、空調(diào)主控電路以及空調(diào)機(jī)組直流負(fù)載提供直流的工作電源。
[0020]進(jìn)一步地，太陽能空調(diào)系統(tǒng)還包括:通訊鏈路，光伏變流器與空調(diào)機(jī)組通過通訊鏈路進(jìn)行通訊。
[0021]進(jìn)一步地,升壓電路包括:第一儲能電感，第一儲能電感的第一端與太陽能電池陣列的輸出端連接；第一二極管，第一二極管的第一端與第一儲能電感的第二端連接；第一功率開關(guān)管，第一功率開關(guān)管的第一端與第一儲能電感的第二端連接，第一功率開關(guān)管的第二端接地，第一功率開關(guān)管的控制端與控制電路連接，用于接收最大功率輸出控制信號；第一儲能電容，第一儲能電容的第一端與第一二極管的第二端連接，第一儲能電容的第二端接地；以及第一二極管的第二端通過第一直流母線與整流逆變并網(wǎng)電路連接。
[0022]進(jìn)一步地，升壓電路還包括:第二儲能電感，第二儲能電感的第一端與太陽能電池陣列的輸出端連接；第二二極管，第二二極管的第一端與第二儲能電感的第二端連接；第二功率開關(guān)管，第二功率開關(guān)管的第一端與第二儲能電感的第二端連接，第二功率開關(guān)管的第二端接地，第二功率開關(guān)管的控制端與控制電路連接，用于接收最大功率輸出控制信號；第一儲能電容的第一端與第二二極管的第二端連接；以及第二二極管的第二端通過第一直流母線與整流逆變并網(wǎng)電路連接。
[0023]進(jìn)一步地，控制電路包括:第一電流采集器，與太陽能電池陣列的輸出端連接，用于采集太陽能電池陣列的輸出電流；第二電壓采集器，與太陽能電池陣列的輸出端連接，用于采集太陽能電池陣列的輸出電壓；以及第一信號生成單元，分別與第一電流采集器和第一電壓采集器連接，用于根據(jù)輸出電流和輸出電壓生成最大功率輸出控制信號。
[0024]進(jìn)一步地，整流逆變并網(wǎng)電路包括:智能功率電路，智能功率電路通過第一直流母線與升壓電路連接，智能功率電路的控制端與控制電路連接，用于接收控制電路的狀態(tài)切換控制信號；第三儲能電感，第三儲能電感的第一端與智能功率電路連接，第三儲能電感的第二端與公用電網(wǎng)的第一相連接于第一節(jié)點；第四儲能電感，第四儲能電感的第一端與智能功率電路連接，第四儲能電感的第二端與公用電網(wǎng)的第二相連接于第二節(jié)點；第五儲能電感，第五儲能電感的第一端與智能功率電路連接，第五儲能電感的第二端與公用電網(wǎng)的第三相連接于第三節(jié)點；第一減法器，分別與第一節(jié)點和第二節(jié)點連接；第二減法器，分別與第二節(jié)點和第三節(jié)點連接；以及第一減法器的輸出端、第二減法器的輸出端、第一節(jié)點、以及第二節(jié)點分別與控制電路連接。
[0025]進(jìn)一步地，控制電路包括:第二電壓采集器，第二電壓采集器與第一減法器和第二減法器連接，用于采集第一減法器和第二減法器輸出的差電壓；第二電流采集器，第二電流采集器分別與第一節(jié)點和第二節(jié)點連接，用于采集第一節(jié)點和第二節(jié)點的節(jié)點電流；以及第二信號生成單元，分別與第二電壓采集器和第二電流采集器連接，用于根據(jù)差電壓和節(jié)點電流生成狀態(tài)切換控制信號。
[0026]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于太陽能空調(diào)系統(tǒng)的控制方法，該控制方法包括:根據(jù)太陽能電池陣列的輸出電流和輸出電壓向升壓電路發(fā)送最大功率輸出控制信號；根據(jù)太陽能電池陣列的輸出功率和空調(diào)機(jī)組的運行功率向整流逆變并網(wǎng)電路發(fā)送狀態(tài)切換控制信號；升壓電路通過最大功率輸出控制信號控制太陽能電池陣列輸出最大功率；整流逆變并網(wǎng)電路通過狀態(tài)切換控制信號在整流和逆變并網(wǎng)的工作狀態(tài)之間切換，以使用公用電網(wǎng)和太陽能電池陣列的能量為空調(diào)機(jī)組供電，以及控制太陽能電池陣列的能量回饋公用電網(wǎng)。
[0027]進(jìn)一步地，根據(jù)太陽能電池陣列的輸出功率和空調(diào)機(jī)組的運行功率向整流逆變并網(wǎng)電路發(fā)送狀態(tài)切換控制信號的步驟包括:采集太陽能電池陣列的輸出電壓和輸出電流；計算輸出電壓和輸出電流的乘積得到太陽能電池陣列的輸出功率；計算預(yù)設(shè)時間內(nèi)的所有輸出功率的