一种基于并网逆变的光柴互补控制器及其工作方法

摘要

本发明属于光伏和柴油发电互补控制器领域，具体涉及一种基于并网逆变的光柴互补控制器。本发明包括中央处理器模块，所述中央处理器模块的信号输入端连接电量检测模块的信号输出端，中央处理器模块的电源输入端连接辅佐电源模块的电源输出端，所述中央处理器模块信号输出端连接开关控制模块的信号输入端，中央处理器模块还与通信模块之间双向通信连接，所述开关控制模块的两个信号输出端分别连接用于向负载供电的柴油发电机和电网的开关信号输入端，所述通信模块与用于向负载供电的光伏逆变器双向通信连接，确保了光伏并网发电系统可以和柴油机同时工作，互补发电，而且最大地使用了绿色环保的光伏电力，节约柴油的使用，减少了二氧化碳的排放。

说明书

技术领域

本发明属于光伏和柴油发电互补控制器领域，具体涉及一种基于并网逆变的光柴互补控制器及其工作方法。

背景技术

随着光伏并网系统技术进步和成本下降，在国家政策的大力推广下，中小型光伏并网发电系统已经开始大量应用，并且开始由城市向农村逐步推广应用，农村电网由于设施不完善等因素，经常停电等困扰，由于一些技术问题和国家电网相关标准规定，在电网停电后光伏并网系统必须立即停止发电，但对于一些如粮食仓储、通信基站、电视收音转播等重要负载，此时只能由后备柴油发电机供电，不仅价格昂贵、而且污染及其严重。

在现有技术条件下，光伏并网发电系统具有在ATS切换开关前端接入和在ATS切换开关后端接入两种接入方式，两种方式均不能满足电网停电条件下光伏逆变器和柴油机同时工作的要求，具体分析如下：

1、光伏逆变器在ATS切换开关前端接入电网

如图1所示，电网断电后，ATS切换开关K2断开，K1闭合，柴油发电机启动发电，通过开关K1向负载供电，此时，由于以下原因光伏逆变器无法工作发电：

1)K2断开，光伏逆变器与负载之间没有构成供电回路，无法为负载供电；

2)为了防止非计划孤岛效应产生，并网逆变器将停止工作。

2、光伏逆变器在ATS切换开关后端接入电网

如图2所示，光伏逆变器在ATS切换开关后端接入电网，电网停电后各设备动作顺序如图3所示：

1)开关K2断开，K1闭合，光伏逆变器触发孤岛保护，停止发电工作；

2)柴油发电机启动发电，通过开关K1向负载供电；

3)光伏逆变器侦测到柴油发电机所发电力后启动发电。

从电网停电时刻t₀到光伏逆变器启动t₄时刻，光伏逆变器发出与柴油电力同相、同频、同幅的交流电力，共同为负载供电，由于光伏逆变器采取的是最大功率跟踪(MPPT)策略使得系统缺乏电力平衡设备而处于不稳定状态，当出现光伏发电功率增大、负载功率减小等情况时，光伏逆变器所发多余电力无处消耗，引发柴油发电机超速、电压升高、电流频率加快等一系列问题，甚至有可能损坏负载和柴油发电机。

电网恢复供电后，各设备动作顺序如图4所示：

1)开关K1断开，K2闭合，开关切换时间很短，不能触发光伏逆变器孤岛保护，光伏逆变器保持工作；

2)柴油发电机停止发电。

电网恢复供电后，K2闭合前，光伏电力保持与柴油电力同相、同频、同幅而与电网电力不同，K2闭合后，两种相位、频率、幅度有差异的交流电力被强制连接在一起，势必造成很大的冲击电流、损坏烧毁光伏逆变器等设备。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种基于并网逆变的光柴互补控制器，本控制器结构简单，不仅光伏并网发电系统可以和柴油机同时工作，互补发电，而且最大地使用了绿色环保的光伏电力，节约柴油的使用，减少了二氧化碳的排放。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：

一种基于并网逆变的光柴互补控制器，包括中央处理器模块，所述中央处理器模块的信号输入端连接电量检测模块的信号输出端，所述中央处理器模块的电源输入端连接辅佐电源模块的电源输出端，中央处理器模块信号输出端连接开关控制模块的信号输入端，中央处理器模块还与通信模块之间双向通信连接，所述开关控制模块的两个信号输出端分别连接用于向负载供电的柴油发电机和电网的开关信号输入端，所述通信模块与用于向负载供电的光伏逆变器双向通信连接。

优选的，所述电量检测模块包括如下组成部分：

油机检测单元：用于检测柴油发电机输出电量的电压值、电流值、频率值、相位角、功率因数、功率流向，所述油机检测单元的信号输出端连接中央处理器模块的信号输入端；

电网检测单元：用于检测电网输出电量的电压值、电流值、频率值、相位角、功率因数、功率流向，所述电网检测单元的信号输出端连接中央处理器模块的信号输入端；

光伏检测单元：用于检测光伏逆变器输出电量的电压值、电流值、频率值、相位角、功率因数、功率流向，所述光伏检测单元的信号输出端连接中央处理器模块的信号输入端；

负载检测单元：用于检测负载接收电量的电压值、电流值、频率值、相位角、功率因数、功率流向，所述负载检测单元的信号输出端连接中央处理器模块的信号输入端。

优选的，所述开关控制模块包括第一继电器、第二继电器、柴油发电机开关以及电网开关，所述第一继电器的信号输出端连接柴油发电机开关的信号输入端，所述第二继电器的信号输出端连接电网开关的信号输入端，所述第一继电器和第二继电器的信号输入端均与所述中央处理器模块的信号输出端相连，所述柴油发电机开关的主触点连接在柴油发电机的电源输出端与负载连线之间，所述电网开关的主触点连接在电网与负载连线之间。

进一步的，所述中央处理器模块芯片型号为美国德州仪器公司生产的TMS320X2812。

本发明还同时提供了上述基于并网逆变的光柴互补控制器的工作方法，即：

1)电网断电后，电网开关断开，柴油发电机开关闭合，所述光伏逆变器触发孤岛保护，停止向负载提供电力；所述柴油发电机启动，通过柴油发电机开关向负载供电，所述光伏逆变器检测到柴油发电机发电后开始工作，所述光伏逆变器输出与柴油发电机同幅度、同相位、同频率的交流电力，共同为负载提供电力供应；所述油机检测单元、电网检测单元、光伏检测单元、负载检测单元分别检测柴油发电机、电网、光伏逆变器、负载的电压值、电流值、频率值、相位角、功率因数、功率流向参数，并将参数信息传送至中央处理器模块，参数信息经过中央处理器模块处理后，由所述中央处理器模块通过通信模块传送至光伏逆变器，实时调整光伏逆变器的电力输出，在保证电力供应稳定可靠的前提下，最大限度的使光伏逆变器发电；

2)电网恢复供电后的t₀～t₁时间内，所述电网先恢复供电，由于柴油发电机开关处于闭合状态，电网开关处于断开状态，柴油发电机继续向负载提供电力，所述电网检测单元检测到电网的电力参数信息发生变化，电网检测单元将参数信息传送至中央处理器模块，参数信息经过中央处理器模块处理后，由所述中央处理器模块通过通信模块传送至光伏逆变器，所述光伏逆变器停止工作；

电网恢复供电后的t₁～t₂时间内，所述光伏逆变器已经停止工作，首先柴油发电机开关断开，然后电网开关闭合，柴油发电机停止向负载提供电力，所述电网继续向负载供电，所述中央处理器模块缩短柴油发电机开关、电网开关的切换间隔时间，使开关切换间隔时间小于20ms；

电网恢复供电后的t₂～t₃时间内，所述柴油发电机开关处于断开状态，电网开关处于闭合状态，所述柴油发电机停止向负载提供电力，所述光伏逆变器继续停止工作，所述电网继续向负载供电，所述柴油发电机停止工作运行，不再消耗燃料供应；

电网恢复供电后的t₃～t₄时间内，所述柴油发电机开关处于断开状态，电网开关处于闭合状态，所述柴油发电机继续停止工作，所述电网继续向负载供电，此时，所述电网检测单元和负载检测单元分别检测电网、负载的电压值、电流值、频率值、相位角、功率因数、功率流向参数，电网检测单元、负载检测单元将参数信息传送至中央处理器模块，参数信息经过中央处理器模块处理后，由所述中央处理器模块通过通信模块传送至光伏逆变器，所述光伏逆变器全功率启动工作，输出与电网同幅度、同相位、同频率的交流电力为负载供电，所述光伏逆变器启动最大功率跟踪功能，将负载剩余电力反向送至电网，最大限度发挥光伏出力。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明包括中央处理器模块，所述中央处理器模块的信号输入端连接电量检测模块的信号输出端，所述中央处理器模块的电源输入端连接辅佐电源模块的电源输出端，中央处理器模块还与通信模块之间双向通信连接，所述开关控制模块的两个信号输出端分别连接用于向负载供电的柴油发电机和电网的开关信号输入端，所述通信模块与用于向负载供电的光伏逆变器双向通信连接，确保光伏并网发电系统可以和柴油机同时工作，互补发电，而且最大地使用了绿色环保的光伏电力，节约柴油的使用，减少了二氧化碳的排放。

2)、所述中央处理器模块型号为美国德州仪器公司生产的TMS320X2812，可以通过软件算法计算得出供电系统的波动趋势和稳定度，及时向光伏伏逆变器发出对应的电力调整命令，在保障供电系统稳定可靠的前提下，最大限度提高光伏逆变器输出电力，解决光伏并网发电系统和柴油机同时工作供电不稳定的问题。

3)、由于油机检测单元、电网检测单元、光伏检测单元、负载检测单元可以分别检测柴油发电机、电网、光伏逆变器、负载的输出或接收电量信息，并将电量信息传递至中央处理器模块进行处理，所述中央处理器模块将处理后的电量信息发送至相应的供电设备，确保了电网恢复供电后，光伏逆变器与电网保持同相位、同频率、同幅度，有效地保证了切换平稳顺滑，避免了供电设备以及负载的损坏。

附图说明

图1为现有技术下光伏逆变器在ATS切换开关前端接入电网示意图；

图2为现有技术下光伏逆变器在ATS切换开关后端接入电网示意图；

图3为现有技术条件下，电网停电设备动作时序图；

图4为现有技术条件下，电网恢复设备动作时序图；

图5为本发明的光柴互补控制器各部分设备连接示意图；

图6为本发明的光柴互补控制器的原理图；

图7为本发明的光柴互补控制器控制逻辑流程图；

图8为本发明的光柴互补控制器中的电网恢复供电后设备动作时序图。

图中标注符号的含义如下：

10—中央处理器模块20—电量检测模块21—油机检测单元

22—电网检测单元23—光伏检测单元24—负载检测单元

30—开关控制模块31—第一继电器32—第二继电器

35—柴油发电机36—电网40—辅佐电源模块

50—通信模块51—光伏逆变器

K1—柴油发电机开关K2—电网开关

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图5、6所示，一种基于并网逆变的光柴互补控制器包括中央处理器模块10，所述中央处理器模块10的信号输入端连接电量检测模块20的信号输出端，所述中央处理器模块10的电源输入端连接辅佐电源模块40的电源输出端，中央处理器模块10信号输出端连接开关控制模块30的信号输入端，中央处理器模块10还与通信模块50之间双向通信连接，所述开关控制模块30的两个信号输出端分别连接用于向负载供电的柴油发电机35和电网36的开关信号输入端，所述通信模块50与用于向负载供电的光伏逆变器51双向通信连接，确保了光伏并网发电系统可以和柴油机同时工作，互补发电，而且最大地使用了绿色环保的光伏电力，节约柴油的使用，减少了二氧化碳的排放。

如图6所示，所述电量检测模块20包括油机检测单元21、电网检测单元22、光伏检测单元23、负载检测单元24，所述油机检测单元21、电网检测单元22、光伏检测单元23分别用于检测各自输出电量的电压值、电流值、频率值、相位角、功率因数、功率流向，并且信号输出端连接中央处理器模块10的信号输入端，所述负载检测单元24用于检测负载接收电量的电压值、电流值、频率值、相位角、功率因数、功率流向，信号输出端连接中央处理器模块10的信号输入端。

如图6所示，所述开关控制模块30包括第一继电器31，第二继电器32，柴油发电机开关K1，电网开关K2；所述第一继电器31的信号输出端连接柴油发电机开关K1的信号输入端，所述第二继电器32的信号输出端连接电网开关K2的信号输入端，所述第一继电器31和第二继电器32的信号输入端均与所述中央处理器模块10的信号输出端相连，所述柴油发电机开关K1的主触点连接在柴油发电机35的电源输出端与负载连线之间，所述电网开关K2的主触点连接在电网36与负载的连线之间。

所述中央处理器模块10芯片型号为美国德州仪器公司生产的TMS320X2812，可以通过软件算法计算得出供电系统的波动趋势和稳定度，及时向光伏逆变器发出对应的电力调整命令，在保障供电系统稳定可靠的前提下，最大限度提高光伏逆变器输出电力，解决光伏并网发电系统和柴油机同时工作供电不稳定的问题。

电网36断电后，电网开关K2断开，柴油发电机开关K1闭合，所述光伏逆变器51触发孤岛保护，停止向负载提供电力；所述柴油发电机35启动，通过柴油发电机开关K1向负载供电，所述光伏逆变器51检测到柴油发电机35发电后开始工作；所述光伏逆变器51输出与柴油发电机35同幅度、同相位、同频率的交流电力，共同为负载提供电力供应，所述油机检测单元21、电网检测单元22、光伏检测单元23、负载检测单元24分别检测柴油发电机35、电网36、光伏逆变器51、负载的电压值、电流值、频率值、相位角、功率因数、功率流向参数，并将参数信息传送至中央处理器模块10，参数信息经过中央处理器模块10处理后，由所述中央处理器模块10通过通信模块50传送至光伏逆变器51，实时调整光伏逆变器51的电力输出，在保证电力供应稳定可靠的前提下，最大限度的使光伏逆变器51发电，节约柴油的使用，减少了二氧化碳的排放。

如图8所示，电网36恢复供电后的0s～2s时间内，所述电网36先恢复供电，由于柴油发电机开关K1处于闭合状态，电网开关K2处于断开状态，柴油发电机35继续向负载提供电力，所述电网检测单元22检测到电网36的电力参数信息发生变化，电网检测单元22将参数信息传送至中央处理器模块10，参数信息经过中央处理器模块10处理后，由所述中央处理器模块10通过通信模块50传送至光伏逆变器51，所述光伏逆变器51停止工作。

如图8所示，电网36恢复供电后的2s～2.15s时间内，所述光伏逆变器51已经停止工作，首先柴油发电机开关K1断开，然后电网开关K2闭合，柴油发电机35停止向负载提供电力，所述电网36继续向负载供电，所述中央处理器模块10缩短柴油发电机开关K1、电网开关K2的切换间隔时间，使开关切换间隔时间小于20ms，减小负载供电切换冲击。

如图8所示，电网36恢复供电后的2.15s～3s时间内，所述柴油发电机开关K1处于断开状态，电网开关K2处于闭合状态，所述柴油发电机35停止向负载提供电力，所述光伏逆变器51继续停止工作，所述电网36继续向负载供电，所述柴油发电机35停止工作运行，不再消耗燃料供应。

如图5～8所示，电网36恢复供电后的3s～12s时间内，所述柴油发电机开关K1处于断开状态，电网开关K2处于闭合状态，所述柴油发电机35继续停止工作，所述电网36继续向负载供电，此时，所述电网检测单元22和负载检测单元24分别检测电网36、负载的电压值、电流值、频率值、相位角、功率因数、功率流向参数，电网检测单元22、负载检测单元24将参数信息传送至中央处理器模块10，参数信息经过中央处理器模块10处理后，由所述中央处理器模块10通过通信模块50传送至光伏逆变器51，所述光伏逆变器51全功率启动工作，输出与电网36同幅度、同相位、同频率的交流电力，为负载供电，所述光伏逆变器51启动最大功率跟踪MPPT功能，将负载剩余电力反向送至电网，最大限度发挥光伏出力。