一种并网光伏发电系统的控制装置、方法和光伏直驱设备

摘要

本发明公开了一种并网光伏发电系统的控制装置、方法和光伏直驱设备，该装置包括：控制单元，被配置为在电网未掉电的情况下，控制开关单元接通，以控制光伏直驱设备从电网和光伏系统中获取电能；检测单元，被配置为在电网掉电的情况下，检测电网的母线电压，并在母线电压低于设定电压的情况下，生成电网掉电信号；控制单元，还被配置为根据电网掉电信号，控制开关单元断开，以将光伏直驱设备自电网中切除，并控制光伏直驱设备从光伏系统获取电能。该方案，通过避免并网光伏发电系统在电网故障时出现孤岛现象，避免孤岛现象所带来的严重安全危害。

说明书

技术领域

本发明属于光伏直驱设备技术领域，具体涉及一种并网光伏发电系统的控制装置、方法和光伏直驱设备(如光伏直驱空调)，尤其涉及一种防孤岛光伏直驱空调系统的控制装置、防孤岛光伏直驱空调系统、以及防孤岛光伏直驱空调系统的控制方法。

背景技术

随着分布式发电技术快速发展，为了解决空调这种大功率用电设备的用电问题，将光伏发电技术与空调系统相结合的光伏直驱空调，为解决空调的用电问题提供了新的思路，光伏直驱空调改变原有空调单纯用电设备的特性，成为一种集发电和用电一体的设备，对于光伏直驱空调系统的保护也有了新的要求。

并网光伏发电系统，可以将太阳能电池阵列输出的直流电转化为与电网电压同幅、同频、同相的交流电，并实现与电网连接并向电网输送电能。当电网因故障等而断开时，并网发电系统未能及时侦测出断电，从而形成由分布并网发电系统和周围的本地负载组成的一个自给供电的孤岛。孤岛现象的产生具有严重的危害性，比如：危及电网输电线路上维修人员的安全；影响配电系统上保护开关的动作程序，冲击电网保护装置等。因此，并网发电系统中亟需有效的反孤岛效应检测装置，并采取相应的保护措施。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种并网光伏发电系统的控制装置、方法和光伏直驱设备，以解决并网光伏发电系统在电网故障断电时出现孤岛现象，存在严重安全危害的问题，达到通过避免并网光伏发电系统在电网故障时出现孤岛现象，避免孤岛现象所带来的严重安全危害的效果。

本发明提供一种并网光伏发电系统的控制装置中，所述并网光伏发电系统，包括：能够分别向光伏直驱设备供电的光伏系统和电网；所述并网光伏发电系统的控制装置，包括：开关单元、检测单元和控制单元；所述开关单元，设置在所述电网的母线与光伏直驱设备之间；其中，所述控制单元，被配置为在电网未掉电的情况下，控制所述开关单元接通，以控制所述光伏直驱设备从所述电网和所述光伏系统中获取电能；所述检测单元，被配置为在所述电网掉电的情况下，检测所述电网的母线电压，并在所述母线电压低于设定电压的情况下，生成电网掉电信号；所述控制单元，还被配置为根据所述电网掉电信号，控制所述开关单元断开，以将所述光伏直驱设备自所述电网中切除，并控制所述光伏直驱设备从所述光伏系统获取电能。

在一些实施方式中，所述控制单元，在电网未掉电的情况下，控制所述光伏直驱设备从所述电网和所述光伏系统中获取电能，包括：在所述电网和所述光伏系统同时供电的情况下，控制所述光伏直驱设备优先自所述光伏系统获取电能；以及，在所述光伏系统所能提供的光伏电能低于设定电能范围的下限的情况下，控制所述电网未所述光伏直驱设备补充电能；在所述光伏系统所能提供的光伏电能高于设定电能范围的上限的情况下，控制所述光伏系统将多余的光伏电能逆变到所述电网中。

在一些实施方式中，所述开关单元，包括：断路器、接触器和刀熔开关；其中，所述断路器、所述接触器和所述刀熔开关，设置在所述电网的母线与所述光伏直驱设备的AC/DC模块之间。

在一些实施方式中，在所述开关单元包括接触器的情况下，所述检测单元包括所述接触器的线圈，所述接触器的常闭触点设置在所述开关单元中。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种光伏直驱设备，包括：以上所述的并网光伏发电系统的控制装置。

与上述光伏直驱设备相匹配，本发明再一方面提供一种并网光伏发电系统的控制方法中，所述并网光伏发电系统，包括：能够分别向光伏直驱设备供电的光伏系统和电网；所述并网光伏发电系统的控制方法，包括：通过控制单元，在电网未掉电的情况下，控制所述开关单元接通，以控制所述光伏直驱设备从所述电网和所述光伏系统中获取电能；通过检测单元，在所述电网掉电的情况下，检测所述电网的母线电压，并在所述母线电压低于设定电压的情况下，生成电网掉电信号；通过控制单元，还根据所述电网掉电信号，控制开关单元断开，以将所述光伏直驱设备自所述电网中切除，并控制所述光伏直驱设备从所述光伏系统获取电能。

在一些实施方式中，通过控制单元，在电网未掉电的情况下，控制所述光伏直驱设备从所述电网和所述光伏系统中获取电能，包括：在所述电网和所述光伏系统同时供电的情况下，控制所述光伏直驱设备优先自所述光伏系统获取电能；以及，在所述光伏系统所能提供的光伏电能低于设定电能范围的下限的情况下，控制所述电网未所述光伏直驱设备补充电能；在所述光伏系统所能提供的光伏电能高于设定电能范围的上限的情况下，控制所述光伏系统将多余的光伏电能逆变到所述电网中。

在一些实施方式中，所述开关单元，包括：断路器、接触器和刀熔开关；其中，所述断路器、所述接触器和所述刀熔开关，设置在所述电网的母线与所述光伏直驱设备的AC/DC模块之间。

在一些实施方式中，在所述开关单元包括接触器的情况下，所述检测单元包括所述接触器的线圈，所述接触器的常闭触点设置在所述开关单元中。

由此，本发明的方案，通过利用并网柜连接光伏直驱设备和电网并起保护作用，利用智能检测模块实现光伏直驱设备的防孤岛保护，并能够实现离网运行，通过避免并网光伏发电系统在电网故障时出现孤岛现象，避免孤岛现象所带来的严重安全危害。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的并网光伏发电系统的控制装置的一实施例的结构示意图；

图2为防孤岛光伏直驱空调系统的一实施例的未离网运行时的结构示意图；

图3为防孤岛光伏直驱空调系统的一实施例的离网运行时的结构示意图；

图4为本发明的并网光伏发电系统的控制方法的一实施例的流程示意图；

图5为本发明的方法中控制所述光伏直驱设备从所述电网和所述光伏系统中获取电能的一实施例的流程示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-断路器；2-接触器；3-刀熔开关；4-交流低压配电母排。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

根据本发明的实施例，提供了一种并网光伏发电系统的控制装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。所述并网光伏发电系统，包括：能够分别向光伏直驱设备供电的光伏系统和电网。所述并网光伏发电系统的控制装置，包括：开关单元(如并网柜)、检测单元和控制单元。所述开关单元，设置在所述电网的母线(如交流低压配电母排4)与光伏直驱设备(如光伏直驱空调)之间，如并网柜设置在交流低压配电母排4与光伏直驱空调的第一AC/DC模块之间。所述光伏系统连接至所述光伏直驱设备，如光伏系统连接至光伏直驱空调的第一AC/DC模块与第二AC/DC模块之间。

其中，所述控制单元，被配置为在电网未掉电的情况下，控制所述开关单元接通，以控制所述光伏直驱设备从所述电网和所述光伏系统中获取电能。

在一些实施方式中，所述控制单元，在电网未掉电的情况下，控制所述光伏直驱设备从所述电网和所述光伏系统中获取电能，包括：

所述控制单元，具体还被配置为在所述电网和所述光伏系统同时供电的情况下，控制所述光伏直驱设备优先自所述光伏系统获取电能。以及，

所述控制单元，具体还被配置为在所述光伏系统所能提供的光伏电能低于设定电能范围的下限的情况下，控制所述电网未所述光伏直驱设备补充电能。

所述控制单元，具体还被配置为在所述光伏系统所能提供的光伏电能高于设定电能范围的上限的情况下，控制所述光伏系统将多余的光伏电能逆变到所述电网中。

具体地，当市网(即市电的电网)有电时，光伏直驱空调从市网和光伏系统中获取电能，机组优先使用光伏直流电，当光伏电不足时，利用市电作补充，光伏直流电充足时，机组将多余光伏直流电逆变到市网。

所述检测单元，被配置为在所述电网掉电的情况下，检测所述电网的母线电压，并在所述母线电压低于设定电压的情况下，生成电网掉电信号。

所述控制单元，还被配置为根据所述电网掉电信号，控制所述开关单元断开，以将所述光伏直驱设备自所述电网中切除，并控制所述光伏直驱设备从所述光伏系统获取电能。

例如：当电网掉电，智能检测模块检测到交流低压母排4掉电，从而给并网柜和光伏直驱空调传递信号，并网柜中的接触器2在接收到市电掉电后将光伏直驱空调与市电断开，防止光伏直驱空调在市电掉电后继续向市网供电；光伏直驱空调在接收到市电掉电信号后，启动离网运行模式，根据光伏系统的直流电能输入情况及用户的需求情况进行工作，当光伏直流电能过多时，光伏直驱空调限制直流电能输入，输出正常的制冷(热)量；当光伏直流电能不足时，光伏直驱空调限限功率运行，降低制冷(热)量输出，保证空调的运行。

由此，通过利用开关单元(如并网柜)连接光伏直驱设备(如光伏直驱空调)和电网并起保护作用，利用检测单元(如智能检测模块)实现光伏直驱空调系统孤岛保护及离网运行，能准确判断市网掉电，并在市网掉电后快速的将光伏直驱空调系统从电网中切除，并在从电网切除后，光伏直驱空调利用光伏直流电离网运行；能够有效解决光伏直驱空调系统孤岛保护问题，防止光伏直驱空调系统孤岛运行，实现光伏直驱空调系统在市电掉电后与市电断开，离网运行。

在一些实施方式中，所述开关单元，包括：断路器1、接触器2和刀熔开关3。

其中，所述断路器1、所述接触器2和所述刀熔开关3，设置在所述电网的母线与所述光伏直驱设备的AC/DC模块之间。

具体地，防孤岛光伏直驱空调系统，由光伏系统、光伏变频空调(即光伏直驱空调)及并网柜组成。光伏系统给光伏直驱空调提供直流电，电网给光伏直驱空调提供交流电，在光伏系统给光伏直驱空调供电有剩余时，光伏直驱空调可以将多余的电能逆变到电网，供电网其他负载使用，并网柜由断路器1、接触器2及刀熔开关3。利用硬件进行有效的物理隔离，有效的防止孤岛效应的发生。

由此，通过直接控制并网柜的接触器2和断路器1，而非通过信号传送至处理模块，更加方便灵活，同时对并网柜以及光伏空调(即光伏直驱空调)提出了更低的要求，适应行更强。

在一些实施方式中，在所述开关单元包括接触器2的情况下，所述检测单元包括所述接触器2的线圈，所述接触器2的常闭触点设置在所述开关单元中。

具体地，检测单元如智能检测模块，可以直接由接触器2的线圈控制回路替代，要求光伏空调自身具有检测市电掉电自动切换离网运行模式的功能。将接触器2的主线圈串于检测回路，当主电路断开时，主线圈失电，这时对应的常闭触点断开，切断光伏电源来保证电流不再输送至市网去。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过利用并网柜连接光伏直驱设备和电网并起保护作用，利用智能检测模块实现光伏直驱设备的防孤岛保护，并能够实现离网运行，通过避免并网光伏发电系统在电网故障时出现孤岛现象，避免孤岛现象所带来的严重安全危害。

根据本发明的实施例，还提供了对应于并网光伏发电系统的控制装置的一种光伏直驱设备。该光伏直驱设备可以包括：以上所述的并网光伏发电系统的控制装置。

相关方案中，利用软件程序判断是否需要进行孤岛保护，单纯软件保护和没有物理隔离的系统，依然存在电流串流到电网系统的风险。

在一些实施方式中，本发明的方案，提供一种防孤岛光伏直驱空调系统及其控制方法，利用并网柜连接光伏直驱空调和电网并起保护作用，利用智能检测模块实现光伏直驱空调系统孤岛保护及离网运行，从而解决光伏直驱空调系统的孤岛保护问题，也能够实现光伏直驱空调系统在市电掉电后与市电断开，离网运行。

本发明的方案，能准确判断市网掉电，并在市网掉电后快速的将光伏直驱空调系统从电网中切除，并在从电网切除后，光伏直驱空调利用光伏直流电离网运行；能够有效解决光伏直驱空调系统孤岛保护问题，防止光伏直驱空调系统孤岛运行，实现光伏直驱空调系统在市电掉电后与市电断开，离网运行。

图2为防孤岛光伏直驱空调系统的一实施例的未离网运行时的结构示意图。如图2所示，防孤岛光伏直驱空调系统，包括：光伏系统、光伏直驱空调、并网柜和智能检测模块。光伏系统连接至光伏直驱空调，光伏直驱空调经并网柜后连接至交流低压配电母排4。

其中，光伏直驱空调，包括：第一AC/DC模块(即交流和直流转换模块)、第二AC/DC模块和电机M。第一AC/DC模块、第二AC/DC模块和电机依次连接。光伏系统连接至光伏直驱空调中相邻两个AC/DC模块(即第一AC/DC模块、第二AC/DC模块)之间。并网柜，包括：依次连接至交流低压配电母排4的断路器1、接触器2和刀熔开关3。智能检测模块，分别连接至第一AC/DC模块、接触器2和交流低压配电母排4。

与相关方案相比，图2所示防孤岛光伏直驱空调系统，通过直接控制并网柜的接触器2和断路器1，而非通过信号传送至处理模块，更加方便灵活，同时对并网柜以及光伏空调(即光伏直驱空调)提出了更低的要求，适应行更强。

如图2所示，防孤岛光伏直驱空调系统，由光伏系统、光伏变频空调(即光伏直驱空调)及并网柜组成。光伏系统给光伏直驱空调提供直流电，电网给光伏直驱空调提供交流电，在光伏系统给光伏直驱空调供电有剩余时，光伏直驱空调可以将多余的电能逆变到电网，供电网其他负载使用，并网柜由断路器1、接触器2及刀熔开关3。利用硬件进行有效的物理隔离，有效的防止孤岛效应的发生。

当市网(即市电的电网)有电时，光伏直驱空调从市网和光伏系统中获取电能，机组优先使用光伏直流电，当光伏电不足时，利用市电作补充，光伏直流电充足时，机组将多余光伏直流电逆变到市网。

当电网掉电，智能检测模块检测到交流低压母排4掉电，从而给并网柜和光伏直驱空调传递信号，并网柜中的接触器2在接收到市电掉电后将光伏直驱空调与市电断开，防止光伏直驱空调在市电掉电后继续向市网供电；光伏直驱空调在接收到市电掉电信号后，启动离网运行模式，根据光伏系统的直流电能输入情况及用户的需求情况进行工作，当光伏直流电能过多时，光伏直驱空调限制直流电能输入，输出正常的制冷(热)量；当光伏直流电能不足时，光伏直驱空调限限功率运行，降低制冷(热)量输出，保证空调的运行，如图3所示。

在一些实施方式中，智能检测模块可以直接由接触器2的线圈控制回路替代，要求光伏空调自身具有检测市电掉电自动切换离网运行模式的功能。将接触器2的主线圈串于检测回路，当主电路断开时，主线圈失电，这时对应的常闭触点断开，切断光伏电源来保证电流不再输送至市网去。

在一些实施方式中，对于大型光伏直驱空调设备配置并网柜，将孤岛保护装置安装在并网柜中；对于小型光伏直驱空调设备，孤岛保护装置直接在产品设计时考虑到该功能，将孤岛保护装置直接设计产品中，例如在光伏多联机本身就可以含有孤岛保护功能，使多余电量不直接输送至电网去，完全用于光伏空调自身。

其中，并网柜中安装孤岛保护装置，即为控制器以及执行器，当智能检测装置将当前状态反馈回控制器，由控制器进行比较分析后得出结论，发给执行器命令。

在一些实施方式中，不限于光伏直驱空调设备，如发电厂、柴油发电机等类似于具有光伏发电功能的具有发用电性质的设备都可以采用该孤岛保护方案。

由于本实施例的光伏直驱设备所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过利用并网柜连接光伏直驱设备和电网并起保护作用，利用智能检测模块实现光伏直驱设备的防孤岛保护，并能够实现离网运行，能够解决光伏直驱空调系统的孤岛保护问题，也能够实现光伏直驱空调系统在市电掉电后与市电断开，离网运行。

根据本发明的实施例，还提供了对应于光伏直驱设备的一种并网光伏发电系统的控制方法，如图4所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。所述并网光伏发电系统，包括：能够分别向光伏直驱设备供电的光伏系统和电网。所述并网光伏发电系统的控制方法，包括：步骤S110至步骤S130。

在步骤S110处，通过控制单元，在电网未掉电的情况下，控制所述开关单元接通，以控制所述光伏直驱设备从所述电网和所述光伏系统中获取电能。

在一些实施方式中，步骤S110中通过控制单元，在电网未掉电的情况下，控制所述光伏直驱设备从所述电网和所述光伏系统中获取电能的具体过程，参见以下示例性说明。

下面结合图5所示本发明的方法中控制所述光伏直驱设备从所述电网和所述光伏系统中获取电能的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S110中控制所述光伏直驱设备从所述电网和所述光伏系统中获取电能的具体过程，包括：步骤S210至步骤S230。

步骤S210，在所述电网和所述光伏系统同时供电的情况下，控制所述光伏直驱设备优先自所述光伏系统获取电能。以及，

步骤S220，在所述光伏系统所能提供的光伏电能低于设定电能范围的下限的情况下，控制所述电网未所述光伏直驱设备补充电能。

步骤S230，在所述光伏系统所能提供的光伏电能高于设定电能范围的上限的情况下，控制所述光伏系统将多余的光伏电能逆变到所述电网中。

具体地，当市网(即市电的电网)有电时，光伏直驱空调从市网和光伏系统中获取电能，机组优先使用光伏直流电，当光伏电不足时，利用市电作补充，光伏直流电充足时，机组将多余光伏直流电逆变到市网。

在步骤S120处，通过检测单元，在所述电网掉电的情况下，检测所述电网的母线电压，并在所述母线电压低于设定电压的情况下，生成电网掉电信号。

在步骤S130处，通过控制单元，还根据所述电网掉电信号，控制开关单元断开，以将所述光伏直驱设备自所述电网中切除，并控制所述光伏直驱设备从所述光伏系统获取电能。

其中，所述开关单元(如并网柜)，设置在所述电网的母线(如交流低压配电母排4)与光伏直驱设备(如光伏直驱空调)之间，如并网柜设置在交流低压配电母排4与光伏直驱空调的第一AC/DC模块之间；所述光伏系统连接至所述光伏直驱设备，如光伏系统连接至光伏直驱空调的第一AC/DC模块与第二AC/DC模块之间。

例如：当电网掉电，智能检测模块检测到交流低压母排4掉电，从而给并网柜和光伏直驱空调传递信号，并网柜中的接触器2在接收到市电掉电后将光伏直驱空调与市电断开，防止光伏直驱空调在市电掉电后继续向市网供电；光伏直驱空调在接收到市电掉电信号后，启动离网运行模式，根据光伏系统的直流电能输入情况及用户的需求情况进行工作，当光伏直流电能过多时，光伏直驱空调限制直流电能输入，输出正常的制冷(热)量；当光伏直流电能不足时，光伏直驱空调限限功率运行，降低制冷(热)量输出，保证空调的运行。

由此，通过利用开关单元(如并网柜)连接光伏直驱设备(如光伏直驱空调)和电网并起保护作用，利用检测单元(如智能检测模块)实现光伏直驱空调系统孤岛保护及离网运行，能准确判断市网掉电，并在市网掉电后快速的将光伏直驱空调系统从电网中切除，并在从电网切除后，光伏直驱空调利用光伏直流电离网运行；能够有效解决光伏直驱空调系统孤岛保护问题，防止光伏直驱空调系统孤岛运行，实现光伏直驱空调系统在市电掉电后与市电断开，离网运行。

在一些实施方式中，所述开关单元，包括：断路器1、接触器2和刀熔开关3。

其中，所述断路器1、所述接触器2和所述刀熔开关3，设置在所述电网的母线与所述光伏直驱设备的AC/DC模块之间。

具体地，防孤岛光伏直驱空调系统，由光伏系统、光伏变频空调(即光伏直驱空调)及并网柜组成。光伏系统给光伏直驱空调提供直流电，电网给光伏直驱空调提供交流电，在光伏系统给光伏直驱空调供电有剩余时，光伏直驱空调可以将多余的电能逆变到电网，供电网其他负载使用，并网柜由断路器1、接触器2及刀熔开关3。利用硬件进行有效的物理隔离，有效的防止孤岛效应的发生。

由此，通过直接控制并网柜的接触器2和断路器1，而非通过信号传送至处理模块，更加方便灵活，同时对并网柜以及光伏空调(即光伏直驱空调)提出了更低的要求，适应行更强。

在一些实施方式中，在所述开关单元包括接触器2的情况下，所述检测单元包括所述接触器2的线圈，所述接触器2的常闭触点设置在所述开关单元中。

具体地，检测单元如智能检测模块，可以直接由接触器2的线圈控制回路替代，要求光伏空调自身具有检测市电掉电自动切换离网运行模式的功能。将接触器2的主线圈串于检测回路，当主电路断开时，主线圈失电，这时对应的常闭触点断开，切断光伏电源来保证电流不再输送至市网去。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述光伏直驱设备的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过利用并网柜连接光伏直驱设备和电网并起保护作用，利用智能检测模块实现光伏直驱设备的防孤岛保护，并能够实现离网运行，能够有效解决光伏直驱空调系统孤岛保护问题，防止光伏直驱空调系统孤岛运行，实现光伏直驱空调系统在市电掉电后与市电断开，离网运行。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。