一種基于并網逆變的光柴互補控制器及其工作方法與流程

本發明屬于光伏和柴油發電互補控制器領域，具體涉及一種基于并網逆變的光柴互補控制器及其工作方法。

背景技術：
隨著光伏并網系統技術進步和成本下降，在國家政策的大力推廣下，中小型光伏并網發電系統已經開始大量應用，并且開始由城市向農村逐步推廣應用，農村電網由于設施不完善等因素，經常停電等困擾，由于一些技術問題和國家電網相關標準規定，在電網停電后光伏并網系統必須立即停止發電，但對于一些如糧食倉儲、通信基站、電視收音轉播等重要負載，此時只能由后備柴油發電機供電，不僅價格昂貴、而且污染及其嚴重。在現有技術條件下，光伏并網發電系統具有在ATS切換開關前端接入和在ATS切換開關后端接入兩種接入方式，兩種方式均不能滿足電網停電條件下光伏逆變器和柴油機同時工作的要求，具體分析如下：1、光伏逆變器在ATS切換開關前端接入電網如圖1所示，電網斷電后，ATS切換開關K2斷開，K1閉合，柴油發電機啟動發電，通過開關K1向負載供電，此時，由于以下原因光伏逆變器無法工作發電：1)K2斷開，光伏逆變器與負載之間沒有構成供電回路，無法為負載供電；2)為了防止非計劃孤島效應產生，并網逆變器將停止工作。2、光伏逆變器在ATS切換開關后端接入電網如圖2所示，光伏逆變器在ATS切換開關后端接入電網，電網停電后各設備動作順序如圖3所示：1)開關K2斷開，K1閉合，光伏逆變器觸發孤島保護，停止發電工作；2)柴油發電機啟動發電，通過開關K1向負載供電；3)光伏逆變器偵測到柴油發電機所發電力后啟動發電。從電網停電時刻t0到光伏逆變器啟動t4時刻，光伏逆變器發出與柴油電力同相、同頻、同幅的交流電力，共同為負載供電，由于光伏逆變器采取的是最大功率跟蹤(MPPT)策略使得系統缺乏電力平衡設備而處于不穩定狀態，當出現光伏發電功率增大、負載功率減小等情況時，光伏逆變器所發多余電力無處消耗，引發柴油發電機超速、電壓升高、電流頻率加快等一系列問題，甚至有可能損壞負載和柴油發電機。電網恢復供電后，各設備動作順序如圖4所示：1)開關K1斷開，K2閉合，開關切換時間很短，不能觸發光伏逆變器孤島保護，光伏逆變器保持工作；2)柴油發電機停止發電。電網恢復供電后，K2閉合前，光伏電力保持與柴油電力同相、同頻、同幅而與電網電力不同，K2閉合后，兩種相位、頻率、幅度有差異的交流電力被強制連接在一起，勢必造成很大的沖擊電流、損壞燒毀光伏逆變器等設備。

技術實現要素：
本發明為了克服上述現有技術的不足，提供了一種基于并網逆變的光柴互補控制器，本控制器結構簡單，不僅光伏并網發電系統可以和柴油機同時工作，互補發電，而且最大地使用了綠色環保的光伏電力，節約柴油的使用，減少了二氧化碳的排放。為實現上述目的，本發明采用了以下技術措施：一種基于并網逆變的光柴互補控制器，包括中央處理器模塊，所述中央處理器模塊的信號輸入端連接電量檢測模塊的信號輸出端，所述中央處理器模塊的電源輸入端連接輔佐電源模塊的電源輸出端，中央處理器模塊信號輸出端連接開關控制模塊的信號輸入端，中央處理器模塊還與通信模塊之間雙向通信連接，所述開關控制模塊的兩個信號輸出端分別連接用于向負載供電的柴油發電機和電網的開關信號輸入端，所述通信模塊與用于向負載供電的光伏逆變器雙向通信連接。優選的，所述電量檢測模塊包括如下組成部分：油機檢測單元：用于檢測柴油發電機輸出電量的電壓值、電流值、頻率值、相位角、功率因數、功率流向，所述油機檢測單元的信號輸出端連接中央處理器模塊的信號輸入端；電網檢測單元：用于檢測電網輸出電量的電壓值、電流值、頻率值、相位角、功率因數、功率流向，所述電網檢測單元的信號輸出端連接中央處理器模塊的信號輸入端；光伏檢測單元：用于檢測光伏逆變器輸出電量的電壓值、電流值、頻率值、相位角、功率因數、功率流向，所述光伏檢測單元的信號輸出端連接中央處理器模塊的信號輸入端；負載檢測單元：用于檢測負載接收電量的電壓值、電流值、頻率值、相位角、功率因數、功率流向，所述負載檢測單元的信號輸出端連接中央處理器模塊的信號輸入端。優選的，所述開關控制模塊包括第一繼電器、第二繼電器、柴油發電機開關以及電網開關，所述第一繼電器的信號輸出端連接柴油發電機開關的信號輸入端，所述第二繼電器的信號輸出端連接電網開關的信號輸入端，所述第一繼電器和第二繼電器的信號輸入端均與所述中央處理器模塊的信號輸出端相連，所述柴油發電機開關的主觸點連接在柴油發電機的電源輸出端與負載連線之間，所述電網開關的主觸點連接在電網與負載連線之間。進一步的，所述中央處理器模塊芯片型號為美國德州儀器公司生產的TMS320X2812。本發明還同時提供了上述基于并網逆變的光柴互補控制器的工作方法，即：1)電網斷電后，電網開關斷開，柴油發電機開關閉合，所述光伏逆變器觸發孤島保護，停止向負載提供電力；所述柴油發電機啟動，通過柴油發電機開關向負載供電，所述光伏逆變器檢測到柴油發電機發電后開始工作，所述光伏逆變器輸出與柴油發電機同幅度、同相位、同頻率的交流電力，共同為負載提供電力供應；所述油機檢測單元、電網檢測單元、光伏檢測單元、負載檢測單元分別檢測柴油發電機、電網、光伏逆變器、負載的電壓值、電流值、頻率值、相位角、功率因數、功率流向參數，并將參數信息傳送至中央處理器模塊，參數信息經過中央處理器模塊處理后，由所述中央處理器模塊通過通信模塊傳送至光伏逆變器，實時調整光伏逆變器的電力輸出，在保證電力供應穩定可靠的前提下，最大限度的使光伏逆變器發電；2)電網恢復供電后的t0～t1時間內，所述電網先恢復供電，由于柴油發電機開關處于閉合狀態，電網開關處于斷開狀態，柴油發電機繼續向負載提供電力，所述電網檢測單元檢測到電網的電力參數信息發生變化，電網檢測單元將參數信息傳送至中央處理器模塊，參數信息經過中央處理器模塊處理后，由所述中央處理器模塊通過通信模塊傳送至光伏逆變器，所述光伏逆變器停止工作；電網恢復供電后的t1～t2時間內，所述光伏逆變器已經停止工作，首先柴油發電機開關斷開，然后電網開關閉合，柴油發電機停止向負載提供電力，所述電網繼續向負載供電，所述中央處理器模塊縮短柴油發電機開關、電網開關的切換間隔時間，使開關切換間隔時間小于20ms；電網恢復供電后的t2～t3時間內，所述柴油發電機開關處于斷開狀態，電網開關處于閉合狀態，所述柴油發電機停止向負載提供電力，所述光伏逆變器繼續停止工作，所述電網繼續向負載供電，所述柴油發電機停止工作運行，不再消耗燃料供應；電網恢復供電后的t3～t4時間內，所述柴油發電機開關處于斷開狀態，電網開關處于閉合狀態，所述柴油發電機繼續停止工作，所述電網繼續向負載供電，此時，所述電網檢測單元和負載檢測單元分別檢測電網、負載的電壓值、電流值、頻率值、相位角、功率因數、功率流向參數，電網檢測單元、負載檢測單元將參數信息傳送至中央處理器模塊，參數信息經過中央處理器模塊處理后，由所述中央處理器模塊通過通信模塊傳送至光伏逆變器，所述光伏逆變器全功率啟動工作，輸出與電網同幅度、同相位、同頻率的交流電力為負載供電，所述光伏逆變器啟動最大功率跟蹤功能，將負載剩余電力反向送至電網，最大限度發揮光伏出力。本發明的有益效果在于：1)、本發明包括中央處理器模塊，所述中央處理器模塊的信號輸入端連接電量檢測模塊的信號輸出端，所述中央處理器模塊的電源輸入端連接輔佐電源模塊的電源輸出端，中央處理器模塊還與通信模塊之間雙向通信連接，所述開關控制模塊的兩個信號輸出端分別連接用于向負載供電的柴油發電機和電網的開關信號輸入端，所述通信模塊與用于向負載供電的光伏逆變器雙向通信連接，確保光伏并網發電系統可以和柴油機同時工作，互補發電，而且最大地使用了綠色環保的光伏電力，節約柴油的使用，減少了二氧化碳的排放。2)、所述中央處理器模塊型號為美國德州儀器公司生產的TMS320X2812，可以通過軟件算法計算得出供電系統的波動趨勢和穩定度，及時向光伏伏逆變器發出對應的電力調整命令，在保障供電系統穩定可靠的前提下，最大限度提高光伏逆變器輸出電力，解決光伏并網發電系統和柴油機同時工作供電不穩定的問題。3)、由于油機檢測單元、電網檢測單元、光伏檢測單元、負載檢測單元可以分別檢測柴油發電機、電網、光伏逆變器、負載的輸出或接收電量信息，并將電量信息傳遞至中央處理器模塊進行處理，所述中央處理器模塊將處理后的電量信息發送至相應的供電設備，確保了電網恢復供電后，光伏逆變器與電網保持同相位、同頻率、同幅度，有效地保證了切換平穩順滑，避免了供電設備以及負載的損壞。附圖說明圖1為現有技術下光伏逆變器在ATS切換開關前端接入電網示意圖；圖2為現有技術下光伏逆變器在ATS切換開關后端接入電網示意圖；圖3為現有技術條件下，電網停電設備動作時序圖；圖4為現有技術條件下，電網恢復設備動作時序圖；圖5為本發明的光柴互補控制器各部分設備連接示意圖；圖6為本發明的光柴互補控制器的原理圖；圖7為本發明的光柴互補控制器控制邏輯流程圖；圖8為本發明的光柴互補控制器中的電網恢復供電后設備動作時序圖。圖中標注符號的含義如下：10—中央處理器模塊20—電量檢測模塊21—油機檢測單元22—電網檢測單元23—光伏檢測單元24—負載檢測單元30—開關控制模塊31—第一繼電器32—第二繼電器35—柴油發電機36—電網40—輔佐電源模塊50—通信模塊51—光伏逆變器K1—柴油發電機開關K2—電網開關具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。如圖5、6所示，一種基于并網逆變的光柴互補控制器包括中央處理器模塊10，所述中央處理器模塊10的信號輸入端連接電量檢測模塊20的信號輸出端，所述中央處理器模塊10的電源輸入端連接輔佐電源模塊40的電源輸出端，中央處理器模塊10信號輸出端連接開關控制模塊30的信號輸入端，中央處理器模塊10還與通信模塊50之間雙向通信連接，所述開關控制模塊30的兩個信號輸出端分別連接用于向負載供電的柴油發電機35和電網36的開關信號輸入端，所述通信模塊50與用于向負載供電的光伏逆變器51雙向通信連接，確保了光伏并網發電系統可以和柴油機同時工作，互補發電，而且最大地使用了綠色環保的光伏電力，節約柴油的使用，減少了二氧化碳的排放。如圖6所示，所述電量檢測模塊20包括油機檢測單元21、電網檢測單元22、光伏檢測單元23、負載檢測單元24，所述油機檢測單元21、電網檢測單元22、光伏檢測單元23分別用于檢測各自輸出電量的電壓值、電流值、頻率值、相位角、功率因數、功率流向，并且信號輸出端連接中央處理器模塊10的信號輸入端，所述負載檢測單元24用于檢測負載接收電量的電壓值、電流值、頻率值、相位角、功率因數、功率流向，信號輸出端連接中央處理器模塊10的信號輸入端。如圖6所示，所述開關控制模塊30包括第一繼電器31，第二繼電器32，柴油發電機開關K1，電網開關K2；所述第一繼電器31的信號輸出端連接柴油發電機開關K1的信號輸入端，所述第二繼電器32的信號輸出端連接電網開關K2的信號輸入端，所述第一繼電器31和第二繼電器32的信號輸入端均與所述中央處理器模塊10的信號輸出端相連，所述柴油發電機開關K1的主觸點連接在柴油發電機35的電源輸出端與負載連線之間，所述電網開關K2的主觸點連接在電網36與負載的連線之間。所述中央處理器模塊10芯片型號為美國德州儀器公司生產的TMS320X2812，可以通過軟件算法計算得出供電系統的波動趨勢和穩定度，及時向光伏逆變器發出對應的電力調整命令，在保障供電系統穩定可靠的前提下，最大限度提高光伏逆變器輸出電力，解決光伏并網發電系統和柴油機同時工作供電不穩定的問題。電網36斷電后，電網開關K2斷開，柴油發電機開關K1閉合，所述光伏逆變器51觸發孤島保護，停止向負載提供電力；所述柴油發電機35啟動，通過柴油發電機開關K1向負載供電，所述光伏逆變器51檢測到柴油發電機35發電后開始工作；所述光伏逆變器51輸出與柴油發電機35同幅度、同相位、同頻率的交流電力，共同為負載提供電力供應，所述油機檢測單元21、電網檢測單元22、光伏檢測單元23、負載檢測單元24分別檢測柴油發電機35、電網36、光伏逆變器51、負載的電壓值、電流值、頻率值、相位角、功率因數、功率流向參數，并將參數信息傳送至中央處理器模塊10，參數信息經過中央處理器模塊10處理后，由所述中央處理器模塊10通過通信模塊50傳送至光伏逆變器51，實時調整光伏逆變器51的電力輸出，在保證電力供應穩定可靠的前提下，最大限度的使光伏逆變器51發電，節約柴油的使用，減少了二氧化碳的排放。如圖8所示，電網36恢復供電后的0s～2s時間內，所述電網36先恢復供電，由于柴油發電機開關K1處于閉合狀態，電網開關K2處于斷開狀態，柴油發電機35繼續向負載提供電力，所述電網檢測單元22檢測到電網36的電力參數信息發生變化，電網檢測單元22將參數信息傳送至中央處理器模塊10，參數信息經過中央處理器模塊10處理后，由所述中央處理器模塊10通過通信模塊50傳送至光伏逆變器51，所述光伏逆變器51停止工作。如圖8所示，電網36恢復供電后的2s～2.15s時間內，所述光伏逆變器51已經停止工作，首先柴油發電機開關K1斷開，然后電網開關K2閉合，柴油發電機35停止向負載提供電力，所述電網36繼續向負載供電，所述中央處理器模塊10縮短柴油發電機開關K1、電網開關K2的切換間隔時間，使開關切換間隔時間小于20ms，減小負載供電切換沖擊。如圖8所示，電網36恢復供電后的2.15s～3s時間內，所述柴油發電機開關K1處于斷開狀態，電網開關K2處于閉合狀態，所述柴油發電機35停止向負載提供電力，所述光伏逆變器51繼續停止工作，所述電網36繼續向負載供電，所述柴油發電機35停止工作運行，不再消耗燃料供應。如圖5～8所示，電網36恢復供電后的3s～12s時間內，所述柴油發電機開關K1處于斷開狀態，電網開關K2處于閉合狀態，所述柴油發電機35繼續停止工作，所述電網36繼續向負載供電，此時，所述電網檢測單元22和負載檢測單元24分別檢測電網36、負載的電壓值、電流值、頻率值、相位角、功率因數、功率流向參數，電網檢測單元22、負載檢測單元24將參數信息傳送至中央處理器模塊10，參數信息經過中央處理器模塊10處理后，由所述中央處理器模塊10通過通信模塊50傳送至光伏逆變器51，所述光伏逆變器51全功率啟動工作，輸出與電網36同幅度、同相位、同頻率的交流電力，為負載供電，所述光伏逆變器51啟動最大功率跟蹤MPPT功能，將負載剩余電力反向送至電網，最大限度發揮光伏出力。