專利名稱：光網(wǎng)混合供電不間斷逆變電源的電能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光網(wǎng)混合供電不間斷逆變電源的電能控制方法，屬于電力電子領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
不間斷電源能夠在主供電電源失電時(shí)為負(fù)載提供持續(xù)電能供應(yīng)，在各行業(yè)、各領(lǐng) 域，尤其是實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的重要系統(tǒng)、重要部門和重要的用電設(shè)備，具有重要的實(shí)用價(jià)值。為 了實(shí)現(xiàn)不間斷電源的節(jié)能運(yùn)行，提高其持續(xù)運(yùn)行時(shí)間，目前有些專利公開了太陽能、電網(wǎng)混 合供電的太陽能電池，獲得了一定的節(jié)能效果，并有效提高了持續(xù)運(yùn)行時(shí)間。在現(xiàn)有技術(shù)方 案中，一種是將太陽能的發(fā)電電能用于不間斷電源中蓄電池的充電，而不直接參與負(fù)載的 供電，在蓄電池充滿電后太陽能電池不再輸出電能，如圖1所示。還有一種將電網(wǎng)電壓經(jīng)過 不控整流橋和濾波電路后轉(zhuǎn)化為直流電壓，再和太陽能電池經(jīng)過直流母線并聯(lián)后共同為負(fù) 載提供電能，在不間斷電源輕載和空載情況下太陽能電池同樣不輸出電能，如圖2所示。顯 而易見，上述方案均沒有實(shí)現(xiàn)太陽能電池的最大功率輸出，沒有最大限度的利用太陽能，無 法達(dá)到不間斷電源的最優(yōu)節(jié)能效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有光網(wǎng)混合供電的不間斷電源不能最大限度的利用太 陽能的問題，提供了光網(wǎng)混合供電不間斷逆變電源的電能控制方法。本發(fā)明采用網(wǎng)電能量控制模塊對(duì)交流電網(wǎng)供電能量進(jìn)行控制，將交流電轉(zhuǎn)換成直 流母線電壓，或?qū)⒅绷髂妇€電壓轉(zhuǎn)換成交流電回饋交流電網(wǎng)；采用太陽能電池電能控制模塊控制太陽能電池板是否輸出電能；采用充放電控制模塊對(duì)蓄電池的充放電狀態(tài)進(jìn)行控制；采用直流_交流逆變模塊將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓輸出給負(fù)載；采用能量管理模塊對(duì)網(wǎng)電能量控制模塊、太陽能電池電能控制模塊、充放電控制 模塊和直流_交流逆變模塊進(jìn)行電能的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，具體控制方法包括以下步驟步驟一、判斷電網(wǎng)是否正常，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟二 ；判斷結(jié)果為否，網(wǎng)電能量控制模塊控制網(wǎng)電能量控制 模塊停止工作，然后執(zhí)行步驟三，步驟二、能量管理模塊控制網(wǎng)電能量控制模塊工作于直流電壓閉環(huán)控制模式，太 陽能電池電能控制模塊在網(wǎng)電能量控制模塊的控制下，控制太陽能電池板工作于最大功率 輸出模式，然后執(zhí)行步驟五，步驟三、判斷直流母線電壓是否大于上限閾值，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟四，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟七，步驟四、太陽能電池電能控制模塊在網(wǎng)電能量控制模塊的控制下，控制太陽能電 池板工作于恒壓模式，網(wǎng)電能量控制模塊控制充放電控制模塊停止輸出電能，
步驟五、判斷蓄電池的電量是否不足，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟六，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟九，步驟六、能量管理模塊控制充放電控制模塊工作，為蓄電池充電，然后執(zhí)行步驟 九，步驟七、充放電控制模塊工作于直流電壓閉環(huán)控制模式，蓄電池處于放電狀態(tài)，為 負(fù)載提供電能，太陽能電池電能控制模塊在網(wǎng)電能量控制模塊的控制下，控制太陽能電池 板工作于最大功率輸出模式，步驟八、判斷蓄電池的輸出電壓是否低于欠壓保護(hù)閾值， 判斷結(jié)果為是，輸出報(bào)警信息并停機(jī)，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟九，步驟九、直流_交流逆變模塊將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成交流電提供給負(fù)載，完成光 網(wǎng)混合供電不間斷逆變電源的電能控制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將太陽能發(fā)電技術(shù)與UPS電源技術(shù)相結(jié)合，采用光伏電和網(wǎng)電混 合式的供電方式；通過對(duì)能量進(jìn)行統(tǒng)一控制，充分利用太陽能電池產(chǎn)生的電能，不足部分由 電網(wǎng)補(bǔ)充，多余部分回饋到電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)不間斷電源的最大化節(jié)能、長期持續(xù)運(yùn)行。


圖1和圖2是背景技術(shù)涉及的方法原理圖，圖3是本發(fā)明方法原理圖，圖4是本發(fā) 明方法流程圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1至圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式采用網(wǎng)電能量 控制模塊1對(duì)交流電網(wǎng)供電能量進(jìn)行控制，將交流電轉(zhuǎn)換成直流母線電壓，或?qū)⒅绷髂妇€ 電壓轉(zhuǎn)換成交流電回饋交流電網(wǎng)；網(wǎng)電能量控制模塊1的輸入端接交流電網(wǎng)，負(fù)責(zé)輸入電流的正弦化控制以及電網(wǎng) 輸出電能的控制；網(wǎng)電能量控制模塊1的輸出端為直流母線，直流母線的兩端連接儲(chǔ)能電 容C。采用儲(chǔ)能電容C進(jìn)行直流母線的電能緩沖。采用太陽能電池電能控制模塊3控制太陽能電池板2是否輸出電能；太陽能電池 電能控制模塊3與太陽能電池板2相連，用于控制太陽能電池2的輸出電能。采用充放電控制模塊4對(duì)蓄電池5的充放電狀態(tài)進(jìn)行控制。采用直流交流逆變模塊6將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓輸出給負(fù)載；直流_交 流逆變電路的輸出端與負(fù)載相連，產(chǎn)生穩(wěn)定的交流輸出電壓。采用能量管理模塊7對(duì)網(wǎng)電能量控制模塊1、太陽能電池電能控制模塊3、充放電 控制模塊4和直流-交流逆變模塊6進(jìn)行電能的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。具體控制方法包括以下步驟步驟一、判斷電網(wǎng)是否正常，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟二 ；判斷結(jié)果為否，網(wǎng)電能量控制模塊7控制網(wǎng)電能量控制模塊1停止工作，然后執(zhí)行步驟三，步驟二、能量管理模塊7控制網(wǎng)電能量控制模塊1工作于直流電壓閉環(huán)控制模式，太陽能電池電能控制模塊3在網(wǎng)電能量控制模塊7的控制下，控制太陽能電池板2工作于 最大功率輸出模式，由電網(wǎng)和太陽能電池板2共同為負(fù)載提供能量，然后執(zhí)行步驟五，直流電壓閉環(huán)控制模式通過電網(wǎng)電壓檢測電路采集電網(wǎng)交流電壓，獲得交流電 壓的幅值和相位信號(hào)，一方面用于判斷網(wǎng)電是否正常，另一方面用于產(chǎn)生交流輸入電流的 同步相位信號(hào)。通過直流母線電壓檢測電路采集直流母線的電壓信號(hào)，并與設(shè)定的直流電 壓給定值相比較，其結(jié)果經(jīng)過直流電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后，調(diào)節(jié)器的輸出作為交流輸入電 流的幅值給定量，幅值給定量與交流輸入電流的同步相位信號(hào)相乘獲得交流輸入電流的瞬 時(shí)給定值；通過電網(wǎng)電流檢測電路采集交流電網(wǎng)的電流信號(hào)，瞬時(shí)給定值與采集到的電網(wǎng) 交流電流信號(hào)反饋量進(jìn)行比較，其結(jié)果經(jīng)過比較器后作為逆變電壓的給定量，再經(jīng)過脈寬 調(diào)制算法產(chǎn)生各個(gè)功率開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)，經(jīng)過隔離驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)全橋逆變器中的功率開關(guān)管。基于直流電壓閉環(huán)控制模式實(shí)現(xiàn)功率自動(dòng)控制的原理若供電功率突然大于負(fù)載 功率，剩余電能將導(dǎo)致直流電壓上升，此時(shí)直流電壓大于直流電壓給定值，二者的比較結(jié)果 小于零，經(jīng)過閉環(huán)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)以后，調(diào)節(jié)結(jié)果也將小于零，該結(jié)果再與交流輸入電流的同 步相位信號(hào)相乘，將獲得與電網(wǎng)電壓相位相反的交流輸入電流的瞬時(shí)給定值，此時(shí)能量將 從直流母線流向交流電網(wǎng)，直流電壓下降，直到直流電壓等于其給定值時(shí)，二者比較結(jié)果為 零，閉環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出也保持恒定，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。若供電功率突然小于負(fù)載功率，直流電壓將下降，此時(shí)直流電壓小于直流電壓給 定值，二者的比較結(jié)果大于零，經(jīng)過閉環(huán)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)以后，調(diào)節(jié)結(jié)果也將大于零，該結(jié)果 再與交流輸入電流的同步相位信號(hào)相乘，將獲得與電網(wǎng)電壓相位相同的交流輸入電流的瞬 時(shí)給定值，此時(shí)能量將從交流電網(wǎng)流向直流母線，直流電壓上升，直到直流電壓等于其給定 值時(shí)，二者比較結(jié)果為零，閉環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出也保持恒定，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。由此，通過對(duì)直流母線電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，即可實(shí)現(xiàn)供電電源與負(fù)載之間的能量 平衡。步驟三、判斷直流母線電壓是否大于上限閾值， 判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟四，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟七，步驟四、太陽能電池電能控制模塊3在網(wǎng)電能量控制模塊7的控制下，控制太陽能 電池板2工作于恒壓模式，網(wǎng)電能量控制模塊7控制充放電控制模塊4停止輸出電能，步驟五、判斷蓄電池5的電量是否不足，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟六，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟九，步驟六、能量管理模塊7控制充放電控制模塊4工作，為蓄電池5充電，然后執(zhí)行 步驟九，步驟七、充放電控制模塊4工作于直流電壓閉環(huán)控制模式，蓄電池5處于放電狀 態(tài)，為負(fù)載提供電能，太陽能電池電能控制模塊3在網(wǎng)電能量控制模塊7的控制下，控制太 陽能電池板2工作于最大功率輸出模式，由太陽能電池板2和蓄電池5共同為負(fù)載供電，最大功率輸出模式取一個(gè)固定的時(shí)間間隔，在每一個(gè)時(shí)間間隔，先檢測太陽能電 池板的輸出電壓和輸出電流，將輸出電壓與輸出電流相乘，獲得當(dāng)前太陽能電池板的輸出 功率P1，對(duì)開關(guān)器件的占空比進(jìn)行微小的改變，則太陽能電池板的輸出電壓和輸出電流均發(fā)生變化，再計(jì)算相應(yīng)的太陽能電池板的輸出功率P2，并與開關(guān)器件占空比變化前的輸出功率Pl進(jìn)行比較，若P2>P1，說明輸出功率變化率大于零，需要進(jìn)一步增加占空比，并重復(fù) 上述步驟直到P2與Pl接近時(shí)，說明達(dá)到最大輸出功率點(diǎn)；若P2 <P1，說明輸出功率變化 率小于零，需要減小占空比，并重復(fù)上述步驟，直到P2與Pl接近時(shí)，說明達(dá)到最大輸出功率 點(diǎn)。由此可以保證太陽能電池板始終處于最大功率輸出點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最大功率發(fā)電。步驟八、判斷蓄電池5的輸出電壓是否低于欠壓保護(hù)閾值，判斷結(jié)果為是，輸出報(bào)警信息并停機(jī)，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟九， 步驟九、直流_交流逆變模塊6將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成交流電提供給負(fù)載，完成光 網(wǎng)混合供電不間斷逆變電源的電能控制。電能控制方法的工作原理通過能量管理模塊7對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行能量協(xié)調(diào)控制。能量管理模塊7接收網(wǎng)電能 量控制模塊1發(fā)送的網(wǎng)電狀態(tài)信號(hào)，若網(wǎng)電正常，則能量管理模塊7通知充放電控制模塊4 不輸出電能，若蓄電池5輸出電壓值低于充電允許值，則充放電控制模塊4處于降壓模式， 為蓄電池5充電，太陽能電池電能控制模塊3處于最大功率輸出模式，網(wǎng)電能量控制模塊1 工作于直流電壓恒定控制模式，直流_交流逆變模塊6正常工作。在太陽能小于負(fù)載電能時(shí)，網(wǎng)電能量控制模塊1的直流電壓調(diào)節(jié)器自動(dòng)輸出為正 值，此時(shí)交流輸入電流的相位與電網(wǎng)電壓相同，電網(wǎng)輸出電能，由太陽能和電網(wǎng)共同為負(fù)載 和蓄電池5共同提供電能。在太陽能大于負(fù)載電能時(shí)，網(wǎng)電能量控制模塊1的直流電壓調(diào) 節(jié)器自動(dòng)輸出為負(fù)值，此時(shí)交流輸入電流的相位與電網(wǎng)電壓相反，電能回饋到電網(wǎng)，太陽能 的一部分提給負(fù)載和蓄電池5，另一部分回饋到電網(wǎng)。在電網(wǎng)失電時(shí)，網(wǎng)電能量控制模塊1停止工作，系統(tǒng)對(duì)直流母線電壓設(shè)定有上限 閾值，在直流母線電壓高于上限閾值時(shí)，太陽能電池電能控制模塊3工作于直流電壓恒定 控制模式；在直流母線電壓低于上限閾值時(shí)，太陽能電池電能控制模塊3工作于最大功率 輸出控制模式，能量管理模塊7控制充放電控制模塊4工作于直流電壓恒定控制模式，由太 陽能電池板2和蓄電池5共同為負(fù)載供電；系統(tǒng)對(duì)蓄電池5設(shè)定有蓄電池5輸出電壓欠壓 保護(hù)值，若蓄電池5輸出電壓高于欠壓保護(hù)值，直流_交流逆變模塊6正常工作，若蓄電池 5輸出電壓低于欠壓保護(hù)值，充放電控制模塊4發(fā)出停機(jī)報(bào)警信號(hào)，直流_交流逆變模塊6 停止工作。
權(quán)利要求
光網(wǎng)混合供電不間斷逆變電源的電能控制方法，光網(wǎng)混合供電不間斷逆變電源采用太陽能和交流電網(wǎng)混合供電，其特征在于，采用網(wǎng)電能量控制模塊(1)對(duì)交流電網(wǎng)供電能量進(jìn)行控制，將交流電轉(zhuǎn)換成直流母線電壓，或?qū)⒅绷髂妇€電壓轉(zhuǎn)換成交流電回饋交流電網(wǎng)；采用太陽能電池電能控制模塊(3)控制太陽能電池板(2)是否輸出電能；采用充放電控制模塊4對(duì)蓄電池(5)的充放電狀態(tài)進(jìn)行控制；采用直流-交流逆變模塊(6)將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓輸出給負(fù)載；采用能量管理模塊(7)對(duì)網(wǎng)電能量控制模塊(1)、太陽能電池電能控制模塊(3)、充放電控制模塊4和直流-交流逆變模塊(6)進(jìn)行電能的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，具體控制方法包括以下步驟步驟一、判斷電網(wǎng)是否正常，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟二；判斷結(jié)果為否，網(wǎng)電能量控制模塊7控制網(wǎng)電能量控制模塊(1)停止工作，然后執(zhí)行步驟三，步驟二、能量管理模塊(7)控制網(wǎng)電能量控制模塊(1)工作于直流電壓閉環(huán)控制模式，太陽能電池電能控制模塊(3)在網(wǎng)電能量控制模塊7的控制下，控制太陽能電池板(2)工作于最大功率輸出模式，然后執(zhí)行步驟五，步驟三、判斷直流母線電壓是否大于上限閾值，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟四，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟七，步驟四、太陽能電池電能控制模塊(3)在網(wǎng)電能量控制模塊7的控制下，控制太陽能電池板(2)工作于恒壓模式，網(wǎng)電能量控制模塊7控制充放電控制模塊4停止輸出電能，步驟五、判斷蓄電池(5)的電量是否不足，判斷結(jié)果為是，執(zhí)行步驟六，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟九，步驟六、能量管理模塊(7)控制充放電控制模塊4工作，為蓄電池(5)充電，然后執(zhí)行步驟九，步驟七、充放電控制模塊4工作于直流電壓閉環(huán)控制模式，蓄電池(5)處于放電狀態(tài)，為負(fù)載提供電能，太陽能電池電能控制模塊(3)在網(wǎng)電能量控制模塊7的控制下，控制太陽能電池板(2)工作于最大功率輸出模式，步驟八、判斷蓄電池(5)的輸出電壓是否低于欠壓保護(hù)閾值，判斷結(jié)果為是，輸出報(bào)警信息并停機(jī)，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟九，步驟九、直流交流逆變模塊(6)將直流母線電壓轉(zhuǎn)換成交流電提供給負(fù)載，完成光網(wǎng)混合供電不間斷逆變電源的電能控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光網(wǎng)混合供電不間斷逆變電源的電能控制方法，其特征在 于，步驟五判斷蓄電池(5)的電量是否不足的標(biāo)準(zhǔn)是蓄電池(5)的輸出電壓低于蓄電池 (5)的充電允許值。
全文摘要
光網(wǎng)混合供電不間斷逆變電源的電能控制方法，屬于電力電子領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有光網(wǎng)混合供電的不間斷電源不能最大限度的利用太陽能的問題。本發(fā)明方法在電網(wǎng)正常時(shí)，太陽能電池電能控制模塊工作于最大功率輸出模式，網(wǎng)電能量控制模塊采用直流電壓恒定控制模式，由充放電控制模塊對(duì)蓄電池進(jìn)行充電控制，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電能流出電網(wǎng)還是回饋到電網(wǎng)，以最大化利用太陽能；在電網(wǎng)失電時(shí)，由蓄電池和太陽能電池共同為負(fù)載供電，太陽能電池電能控制模塊根據(jù)直流電壓值決定處于最大功率輸出模式還是處于直流電壓恒定控制模式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)長期不間斷運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02N6/00GK101826821SQ20101030137
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者吳鳳江, 孫力, 孫立志, 趙克, 駱?biāo)厝A 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)