一种基于发电机功率削峰的储能逆变控制方法及电路与流程

1.本发明涉及供电控制技术领域，具体涉及一种基于发电机功率削峰的储能逆变控制方法及电路。


背景技术：

2.智能化的柴油发电机经常应用在市电断开后，需要人为手动打开的场合，为了方便人力且能够自动控制发电机开关，可以将发电机与逆变器相结合，通过逆变器发出信号来达到发电机自动启停的目的。没有市电时，逆变器可以向光伏索取能量，但是遇到连续阴雨天，则只能通过电池开启设备。当电池电量不足时，逆变器发出信号启动发电机工作，直到满足条件逆变器重新发出停止信号驱动发电机断开。为防止电池所需的最大能量超过柴油发电机所承受的范围，特别设置发电机削峰功率来限制发电机最大输出功率，保护发电机性能来延长它的使用寿命，这就是削峰的意义。


技术实现要素：

3.为了在通过发电机进行供电时，避免功率需求无规律波动导致的发电机性能受损，需要在发电机运转时确保功率的相对稳定，因此本发明提出了一种基于发电机功率削峰的储能逆变控制方法，包括步骤：
4.s1：获取发电机启动并接入母线后的供电参数；
5.s2：判断发电机是否接入负载，若是，进入s3步骤，若否，进入s4步骤；
6.s3：判断发电机预设调峰功率是否大于负载功率，若是，进入s31步骤，若否，进入s32步骤；
7.s31：调节发电机供电参数，使发电机以预设调峰功率运行，以负载功率向负载供电，以结余功率向电池供电并返回s1步骤；
8.s32：调节发电机供电参数，在发电机功率超出发电机最大功率前以负载功率向负载供电并返回s1步骤；
9.s4：判断发电机预设调峰功率是否大于电池功率，若是，进入s41步骤，若否，进入s42步骤；
10.s41：调节发电机供电参数，使发电机以电池功率向电池供电并返回s1步骤；
11.s42：调节发电机供电参数，使发电机以预设调峰功率向电池供电并返回s1步骤。
12.进一步地，所述s32步骤中，当负载功率大于发电机最大功率时，控制发电机断开母线并停止运转。
13.本发明还提出了一种基于发电机功率削峰的储能逆变控制电路，包括：
14.主控芯片，用于在发电机启动并接入母线后基于预设条件，通过调节发电机供电参数调控发电机的功率；
15.电压采样电路，用于采集发电机启动后的供电电压信号并反馈至主控芯片；
16.继电器电路，用于在发电机电压达到预设电压时接收主控芯片的控制信号吸合继
电器接入发电机至母线；
17.电流采样电路，用于在发电机接入后采集发电机的供电电流信号并反馈至主控芯片；
18.升压电路，用于调节发电机输出至母线的电压；
19.充电电路，用于将母线电压传导至电池。
20.进一步地，所述基于预设条件调控发电机的功率分为四种情况，包括：
21.当发电机接入负载，且发电机预设调峰功率大于负载功率时，使发电机以预设调峰功率运行，以负载功率向负载供电，以结余功率向电池供电；
22.当发电机接入负载，且发电机预设调峰功率小于等于负载功率时时，在发电机功率超出发电机最大功率前以负载功率向负载供电；
23.当发电机未接入负载，且发电机预设调峰功率大于电池功率时，使发电机以电池功率向电池供电；
24.当发电机未接入负载，且发电机预设调峰功率小于等于电池功率时，使发电机以预设调峰功率向电池供电。
25.进一步地，所述电压采样电路包括发电机零线接入端和发电机火线接入端，其中：
26.发电机零线接入端通过第一电阻同时连接第三电阻、第一电容的一端和第一运算放大器的正极输入端，所述第三电阻、第一电容的另一端相连并接地；
27.发电机火线接入端通过第二电阻同时连接第四电阻、第二电容的一端和第一运算放大器的负极输入端，所述第四电阻、第二电容的另一端相连并连接第一运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的输出端通过第五电阻输出供电电压信号至主控芯片。
28.进一步地，所述继电器电路包括第一继电器和第二继电器其中：
29.第一继电器的第四引脚输出火线信号，第一继电器的第三引脚通过电线穿过电流传感器并连接发电机火线，第一继电器的第一引脚接入第一电源，第一继电器的第二引脚接第十三三极管的集电极；所述电流传感器的一端接地，另一端输出电流信号；
30.第二继电器的第三引脚输出零线信号，第二继电器的第四引脚连接发电机零线，第二继电器的第二引脚接入第一电源，第二继电器的第一引脚接第十三三极管的集电极，第二继电器的第一引脚通过第一二极管连接至第二继电器的第二引脚；所述第十三三极管的基极接收主控芯片的控制信号，第十三三极管的发射极接地。
31.进一步地，所述电流采样电路包括电压跟随器，其中：
32.电压跟随器的正极输入端同时连接第六电阻、第八电阻和第三电容的一端，所述第八电阻和第三电容的另一端相连并接地，所述第六电阻的另一端接入电流信号并通过第七电阻接地；
33.电压跟随器的负极连接电压跟随器的输出端；
34.电压跟随器的输出端通过第九电阻输出供电电流信号，并同时连接第十电阻和第四电容的一端，所述第十电阻的另一端接入第二电源，所述第四电容的另一端接地。
35.进一步地，所述升压电路通过调节igbt的占空比进行发电机输出至母线电压的调节。
36.进一步地，所述充电电路通过充电端的h4桥进行电流逆变，并通过受电端的整流桥进行整流。
37.与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：
38.(1)本发明所述的一种基于发电机功率削峰的储能逆变控制方法及电路，通过对有无负载下负载功率、电池功率与预设调峰功率的比较，对发电机的功率进行调节，从而使发电机在负载且负载功率未超出预设调峰功率时稳定在预设调峰功率；
39.(2)在无负载情况下，根据实际需求对电池供电避免过大供电对电池以及发电机的损害。
附图说明
40.图1为一种基于发电机功率削峰的储能逆变控制方法的步骤图；
41.图2为一种基于发电机功率削峰的储能逆变控制电路的模块化示意图；
42.图3为电压采样电路的电路连接示意图；
43.图4为继电器电路的电路连接示意图；
44.图5为电流采样电路的电路连接示意图；
45.图6为充电电路的电路连接示意图。
具体实施方式
46.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
47.实施例一
48.在本发明中，当市电断开且光伏供电不足的情况下，由电池(一般为储能超级电容组)对设备进行供电。当检测到电池电量低于设定比例时，启动发电机，并在发电机电压符合要求后，将发电机接入母线，为电池供电，若此时负载也需要供电，则同时给负载供电。为了延长发电机的使用寿命，降低发电机供电过程中由于输出功率经常跳变造成的损坏，如图1所示，本发明提出了一种基于发电机功率削峰的储能逆变控制方法，包括步骤：
49.s1：获取发电机启动并接入母线后的供电参数；
50.s2：判断发电机是否接入负载，若是，进入s3步骤，若否，进入s4步骤；
51.s3：判断发电机预设调峰功率是否大于负载功率，若是，进入s31步骤，若否，进入s32步骤；
52.s31：调节发电机供电参数，使发电机以预设调峰功率运行，以负载功率向负载供电，以结余功率向电池供电并返回s1步骤；
53.s32：调节发电机供电参数，在发电机功率超出发电机最大功率前以负载功率向负载供电并返回s1步骤；
54.s4：判断发电机预设调峰功率是否大于电池功率，若是，进入s41步骤，若否，进入s42步骤；
55.s41：调节发电机供电参数，使发电机以电池功率向电池供电并返回s1步骤；
56.s42：调节发电机供电参数，使发电机以预设调峰功率向电池供电并返回s1步骤。
57.需要注意的是，在s32步骤中，当负载功率大于发电机最大功率时，控制发电机断开母线并停止运转，从而避免负载过大烧毁发电机。
58.通过上述控制判断逻辑，从而保证发电机在无负载情况下，当接入电池时，始终能
够以安全功率(不超过预设调峰功率)为电池进行供电。而在接入负载的情况下(负载功率未超出发电机最大功率)，在保证负载功率需求的情况下，才将未超出预设调峰功率的部分输出至电池进行充电，从而保证发电机在接入具有波动性功率的负载时，绝大部分情况下都能够以预设调峰功率运行，从而降低输出功率波动造成的发电机损坏，延长其使用寿命。
59.在上述基础上，为了具体实现该功能逻辑，本发明还设计了一种基于发电机功率削峰的储能逆变控制电路，如图2所示，包括：
60.主控芯片，用于在发电机启动并接入母线后基于预设条件，通过调节发电机供电参数调控发电机的功率；
61.电压采样电路，用于采集发电机启动后的供电电压信号并反馈至主控芯片；
62.继电器电路，用于在发电机电压达到预设电压时接收主控芯片的控制信号吸合继电器接入发电机至母线；
63.电流采样电路，用于在发电机接入后采集发电机的供电电流信号并反馈至主控芯片；
64.升压电路，用于调节发电机输出至母线的电压；
65.充电电路，用于将母线电压传导至电池。
66.其中，每一个电池都会配备一个充电电路，可以根据实际需求设置。
67.需要注意的是，该储能逆变控制电路作为一个整体，可通过外置的液晶触控屏显示当前发电机的运行状态(输出功率、输出电压、输出电流等)，并通过该液晶触控屏与主控芯片之间的信息传输进行预设调峰功率的设置。液晶触控屏(实质为内部液晶控制板)与主控芯片之间是相辅相成的关系，液晶控制板将发电参数显示出来，主控芯片受液晶控制板参数设置影响。而主控芯片则通过与其它功能电路的连接实现发电参数的采集与计算，并在预设条件下实现对发电机功率的保护性调节。具体电路设计如下。
68.如图3所示，为电压采样电路的电路连接示意图，包括发电机零线接入端和发电机火线接入端，其中：
69.发电机零线接入端(接入发电机零线gen-n)通过第一电阻(r1)同时连接第三电阻(r3)、第一电容(c1)的一端和第一运算放大器(u1a)的正极输入端，所述第三电阻、第一电容的另一端相连并接地(h_gnd)；
70.发电机火线接入端(接入发电机火线gen-l)通过第二电阻(r2)同时连接第四电阻(r4)、第二电容(c2)的一端和第一运算放大器的负极输入端，所述第四电阻、第二电容的另一端相连并连接第一运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的输出端通过第五电阻(r5)输出供电电压信号(gen)至主控芯片。
71.其中，发电机在启动后，电压采样电路会对发电机的电压进行采样，gen-n和gen-l都串联一个分压电阻(也即是r1和r2)接入到第一运算放大器tl074i的输入端，将gen-l与gen-n的差值扩大了r4/r2倍到达第一运算放大器输出端，将供电电压信号传送给主控芯片。主控芯片在接收到供电电压信号后和预设电压进行对比，确定发电机输入是否符合要求。当发电机输入的电压符合条件且预设调峰功率设置已完成，主控会发出信号来驱动发电机继电器吸合。
72.如图4所示，为继电器电路的电路连接示意图，包括第一继电器和第二继电器其中：
73.第一继电器(ry1)的第四引脚输出火线信号(out-l)，第一继电器的第三引脚通过电线穿过电流传感器(u1)并连接发电机火线，第一继电器的第一引脚接入第一电源(h+12v)，第一继电器的第二引脚接第十三三极管(q13)的集电极；所述电流传感器的一端接地，另一端输出电流信号(gen_cur)；
74.第二继电器(ry2)的第三引脚输出零线信号(out-n)，第二继电器的第四引脚连接发电机零线，第二继电器的第二引脚接入第一电源，第二继电器的第一引脚接第十三三极管的集电极，第二继电器的第一引脚通过第一二极管(d1)连接至第二继电器的第二引脚；所述第十三三极管的基极接收主控芯片的控制信号(relay_gen)，第十三三极管的发射极接地。
75.当主控芯片发出控制信号至第十三三极管的基极，三极管导通接地，此时所有继电器线圈两端的电压差达到12v，所有继电器的第三引脚和第四引脚闭合代表发电机成功接入，经过第一继电器输出为火线信号，经过第二继电器输出为零线信号,这两路直接连接到负载端口代表发电机可以带负载工作。而后电流传感器感应到的电流信号传输至电流采样电路。
76.如图5所示，为电流采样电路的电路连接示意图，包括电压跟随器，其中：
77.电压跟随器(u2a)的正极输入端同时连接第六电阻(r6)、第八电阻(r8)和第三电容(c3)的一端，所述第八电阻和第三电容的另一端相连并接地，所述第六电阻的另一端接入电流信号并通过第七电阻(r7)接地；
78.电压跟随器的负极连接电压跟随器的输出端；
79.电压跟随器的输出端通过第九电阻(r9)输出供电电流信号(gen_cur_dec)，并同时连接第十电阻(r10)和第四电容(c4)的一端，所述第十电阻的另一端接入第二电源(+3v_ref)，所述第四电容的另一端接地(gnd)。
80.在这里，电流采样电路会对流入的电流进行采样，经过采样电阻将电流信号转化为电压信号并输入到电压跟随器的第三引脚，电压跟随器输出供电电流信号输入主控芯片，与供电电压信号进行计算得出功率，并与预设调峰功率进行比较，从而进行发电机输出功率的调节。
81.由于发电机输出的电压还不能直接输入母线(hv)，需要进行升压处理，因此，本发明在此处采用升压电路，通过调节igbt的占空比进行发电机输出至母线电压的调节，从而实现发电机充电池的目的。
82.而充电电路则如图6所示，其右端为4个igbt组成的h4桥，包括第九场效应管至第十二场效应管(q9～q12)，其中q10和q11为同开关，q9和q12为同开关。u31为谐振电流传感器，cr1和cr2是谐振电容，transpart是变压器。当q10和q11导通时电流首先通过q10输送到u31电流传感器第二引脚，之后接入变压器充电端的第一引脚，从第二引脚输出流经两个谐振电容后，会通过q11通到gnd。与此同时当信号到达变压器受电端时会从第六脚输出流经第三场效应管(q3)通过外部电池侧再流经第二场效应管(q2)回到变压器第五引脚；第三引脚和第五引脚的运行原理和上面相同。图中左侧第一场效应管至第八场效应管(q1～q8)在充电过程中作为整流桥使用，无论右侧桥臂电流方向如何变换，左侧电流都是流向电池端正极bat，以此来达到给电池充电的效果。图6中还包括第五电容至第八电容(c5～c8),第十一电阻至第十四电阻(r11～r14),其具体连接方式已在图中示出，此处不再赘述。
83.综上所述，本发明所述的一种基于发电机功率削峰的储能逆变控制方法及电路，通过对有无负载下负载功率、电池功率与预设调峰功率的比较，对发电机的功率进行调节，从而使发电机在负载且负载功率未超出预设调峰功率时稳定在预设调峰功率。而在无负载情况下，还能根据实际需求对电池供电避免过大供电对电池以及发电机的损害。
84.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
85.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
86.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
87.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。