一种光伏与电网互补的直流空调供电系统的制作方法

本发明涉及家电领域，特别涉及一种光伏与电网互补的直流空调供电系统。

背景技术

国内光伏应用基本采用逆变器向空调供电，普通的逆变器需要蓄电池储能与光伏控制器配合才能向空调供电，系统硬件结构复杂，成本过高，光伏必须经过多级变换，电源的整机工作效率很低，系统故障率较高，蓄电池损耗和折旧难以接受，不适合空调供电。

如图1所示，申请号为cn201710077803的专利申请公开了一种光伏与电网互动的直流空调供电系统，在本发明具体实施例中，包括光伏电池板（pv1、pv2）、双路独立mppt光伏跟踪模块2及直流变频模块，公开的光伏与电网互动的直流空调供电系统将双路光伏电压输出与电网输出直接并联，双路光伏电压输出自动跟踪并高于电网电压，从而优先于电网电压供电，实现无蓄电池及切换开关。该方式对光伏电压的调节方式单一，未考虑光伏电压过高、电网电压不足以及在电压波动等情况带来的不稳定影响。且典型的boost拓扑电路或者buck拓扑电路在光伏发电系统处于严重失配工况时不能保证每个组件优化器都能正常工作，从而产生输出功率的较大损失；典型的buck-boost拓扑电路能够保证每个组件都能运行在mpp处输出功率，但是由于效率低下和成本昂贵的缺点，在实际应用中较少出现。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种适应性更强、调节范围更广的空调供电系统，并基于多路buck-boost电路拓扑对光伏供电进行优化，进一步减小功率损耗，平衡光伏和电网之间的供电选择，减少无效控制功耗。

本发明的技术方案为：一种光伏与电网互补的直流空调供电系统，其特征在于：包括n组光伏电池板、n个buck-boost变换器、直流变频模块和控制模块，n为大于等于2的自然数，其中：

n组光伏电池板分别与n个buck-boost变换器相连构成n路光伏供电支路，每组光伏电池板将太阳能转换为直流电，并提供给对应支路的buck-boost变换器；

n路buck-boost变换器均采用独立的mppt跟踪控制，用于跟踪光伏最大功率点，并将光伏电池板输出的直流电转换调节后提供给直流空调变频板；

直流变频模块，用于将电网电压转换为直流电提供给直流空调变频板，形成电网供电支路；

n路buck-boost变换器的输出端与直流变频模块的输出端并联后连接直流空调变频板；

控制模块根据每一路buck-boost变换器的输出功率、第一功率阈值和直流空调所需功率值确定进行供电的光伏供电支路。

优选地，n路buck-boost变换器的共用一个输出电容；

选择进行供电的光伏供电支路的具体方式为，控制小于第一功率阈值的光伏电池板支路停止供电；设大于第一功率阈值的光伏电池板支路个数为n，提供空调额定功率需要投入的供电支路数为m；

若m≤n，则依据实际功率输出从大到小的顺序选择m个支路进行供电，剩余n-m个支路停止供电，若m≤n的情况保持第一预定时间，则停止电网供电支路的供电。

若m＞n，则全部支路进行供电，在该条件下，若光伏支路输出的功率之和与负载所需功率之比小于一参考比例保持第二预定时间时，则停止所有光伏供电支路的供电。优先地，参考比例为10%、15%或20%。

直流变频模块为电力电子开关组成h全桥拓扑构成的ac/dc转换器。

buck-boost变换器根据其输入电压与输出电压来确定工作于升压还是降压模式。

buck-boost变换器确定工作模式的步骤如下：初始阶段，每路buck-boost变换器通过软启动的方式均在boost工作模式下进行各自光伏组件的mppt控制，稳定运行一固定时间后，以如下判定条件切换工作模式：当buck-boost变换器处于boost升压模式进行mppt控制，在检测到vin>0.9vout时，停止升压驱动，进入buck降压模式进行mppt；当buck-boost变换器正处于buck降压模式进行mppt控制，在检测到vin<1.1vout时，停止降压驱动，进入boost升压模式进行mppt控制；如果buck-boost变换器在直流变换调节裕度范围内运行并保持mppt控制，则不进行工作模式的切换控制。

通过采用上述技术方案，通过改变了现有技术对直流空调的供电方式，同样无需蓄电池及切换开关，实现了光伏优先电网补充的不间断供电功能，采用多路独立的buck-boost变换器及ac/dc转换器结合，通过对多路buck-boost变换器的工作模式切换，以及其与ac/dc转换器的投切策略，扩展了供电系统的适用范围，并进一步提高了功率传输效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的结构示意图。

图2为本发明的结构框图。

图3为buck-boost电路图。

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作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2所示，光伏与电网互补的直流空调供电系统包括多路光伏电池板pv11…pv1n，…，pvn1…pvnn，每一路光伏电池板由n个光伏电池板级联而成，其输出电压提供给该路对应的buck-boost变换器，相应的多路buck-boost变换器的输出并联到负载。n为自然数，具体取值由后续负载所需的电压范围确定。光伏电池板的级联结构可通过调整级联个数来适应负载的电压等级需求，而多路光伏电池板并联则能够满足负载的电流大小需求。同时，多路光伏电池板的安放位置可保证光照面积的覆盖。处于工作状态的buck-boost变换器将对应支路的光伏电池板输出的直流电压供给直流空调变频板，直流变频模块用于将电网电压转换为直流电提供给直流空调变频板，再通过直流空调变频板供电给空调相应的配套部件使用。

直流变频模块为ac/dc转换器，交流电网供电支路的ac/dc转换器采用电力电子开关，如igbt、mosfet等，构成的h全桥拓扑结构。

buck-boost变换器的结构参见图3，包括开关管q1-q2、电感l、二极管d1-d2及电容c0，其输出端的输出电容c0在多路并联时可共用。buck-boost变换器的可对输入的进行升压或降压。

每一路光伏电池的输出电路均采用独立的mppt跟踪控制，当光伏充足时，buck-boost变换器满足升压模式的正常工作条件，从而光伏电压经buck-boost变换器升压输出的电压会自动跟踪且大于ac/dc转换器输出的电压，从而使光伏电能的利用优先于电网的电能，升压后的电能注入直流空调变频板，电网经ac/dc转换器变换后注入直流空调变频板的电能会减少，实现buck-boost变换器的自动优先供电功能；当光伏的电能减弱后（光照减弱），buck-boost变换器输出的能量降低，因此注入直流空调变频板的能量也降低，此时电网经ac/dc转换器变换后注入直流空调变频板的电能会增大，完成了光伏与电网的互动互补向直流空调变频板供电。

控制模块（未示出）对每一路buck-boost变换器进行独立mppt跟踪控制，并根据每一路buck-boost变换器的输出功率来确定选择哪些支路的光伏电池板进行供电，具体为：控制小于第一功率阈值的光伏电池板支路停止供电；设大于第一功率阈值的光伏电池板支路个数为n，满足负载所需的功率所需的供电支路数为m：若m≤n，则依据实际功率输出从大到小的顺序选择m个支路进行供电，剩余n-m个支路停止供电，若m≤n的情况维持第一预定时间，则停止电网支路的供电，从而减小该情况下不必要的功率损耗；若m＞n，则全部支路进行供电，在该条件下，若光伏支路输出的功率之和与负载所需功率之比小于一参考比例（例如10%、15%或20%）第二预定时间时，则停止所有光伏供电支路，从而避免多路转换器的控制及开关损耗与其所产生的能量比例过大而使传输效率低下的问题。

其中，负载所需功率为负载的额定功率，即空调额定功率。

其中各光伏供电支路停止供电的具体手段为断开升压开关管q1，ac/dc转换器通过断开h桥电路中的开关实现。

buck-boost变换器根据其输入电压与输出电压来确定工作于升压还是降压模式，从而实现电压转换的最佳效率，也比单一的boost转换更能适应不同的电压等级环境和需求。

具体的策略为：初始情况是每路buck-boost变换器均通过软启动的方式在boost工作模式下进行各自光伏组件的mppt控制，软启动过程经过一定时间后进入稳定工作状态后，根据不同的工况对工作模式进行切换。

工作模式切换的主要判定条件是：当buck-boost变换器处于boost升压工作模式进行mppt控制，若检测到vin>0.9vout，表明buck-boost变换器逐渐靠近boost拓扑电路不能正常工作的临界点，此时停止升压驱动，进入buck降压工作模式进行mppt控制；当buck-boost变换器处于buck降压模式进行mppt控制时，若检测到vin<1.1vout，表明buck-boost变换器逐渐靠近buck拓扑电路不能正常工作的临界点，此时停止降压驱动，进入boost升压工作模式进行mpp控制。如果buck-boost变换器在直流变换调节裕度范围内运行并保持mppt控制，则不需要进行工作模式的切换控制。

通过采用上述技术方案，改变了现有技术对直流空调的供电控制方式，同样无需蓄电池及切换开关，实现了光伏优先电网补充的不间断供电功能，采用多路独立的buck-boost变换器及ac/dc转换器结合，通过对多路buck-boost变换器的工作模式切换，以及其与ac/dc转换器的投切策略，扩展了供电系统的适用范围，并进一步提高了功率传输效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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保护范围之内。