专利名称：一种光伏ups系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及光伏逆变电源领域，尤其涉及光伏UPS系统及控制方法。
背景技术：
光伏发电技术作为一种新兴清洁能源产业，最近几年发展迅速，与传统的能源相 比，具有环保、可重复利用等优点。在美国、日本、德国、法国等国家已实施了光伏屋顶发电 系统，UPS作为重要负载的断点保护装置已经广泛应用于工业生产以及居民生活的各个场 合。将光伏电池与UPS结合起来可以更好的发挥两者的优势，实现资源的最大利用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种光伏UPS系统结构，其供电方 式多样，最大化地利用太阳能、系统效率高。本发明的另一个目的提供一种光伏UPS系统的 控制方法，其通过可以智能化地实现UPS各种不同工作模式之间的自动转换，供电方式多 样，最大化地利用太阳能、系统效率高。本发明的目的通过以下技术措施实现
一种光伏UPS系统，包括光伏电池、整流电路、蓄电池、与交流电网连接的DC/DC降压电 路、DC/DC升压电路、与负载连接的UPS逆变电路、充放电控制器，检测电路，DC/DC升压电路 与光伏电池连接，还包括开关Kl、K2、K3、K4，ΚΙ、K2、K3的一端与蓄电池连接，Kl的另一端 与DC/DC降压电路连接，K2的另一端与DC/DC升压电路连接、K3的另一端UPS逆变器连接， K4的一端与交流电网连接，K4的另一端与整流电路连接，整流电路另一端与UPS逆变器连 接，检测电路、UPS逆变电路与充放电控制器连接。其中，还包括功率因素校正电路，功率因素校正电路一端与整流电路连接，功率因 素校正电路另一端与UPS逆变器连接。其中，DC/DC降压电路与交流电网之间还设置有第二整流电路，第二整流电路一端 与交流电网连接，第二整流电路另一端与DC/DC降压电路连接。其中，开关Kl、K2、K3、K4为功率开关管，Kl、K2、K3、K4与充放电控制器连接。一种光伏UPS系统控制方法，包括如下步骤
A :设蓄电池低压设定点为Vbminl、蓄电池最低放电电压为Vbmin2,蓄电池电压为
K ,最大电压为Km，设DC/DC降压电路输出功率为Pa , DC/DC升压电路输出功率为孚， DC/DC升压电路输出电流为i”，DC/DC升压电路输出最小电流为Ifim ,蓄电池输出功率
为Piai，负载功率为Pkad ,检测电路检测出电路中的％、Pik、Pfv、!pv、P秘、Puai,并传送给 充放电控制器；
B 充放电控制器根据检测电路检测出&、&、^v、ν、p…P碰值，进行计算，判断工作状态，进而控制开关Kl、K2、K3、K4的闭合状态，当仏> P滅+Pm时，转入步骤C ；当
，且6:>4匪时,转入步骤DdvCiLi+iL且K时，转入步骤E;当
^v+^s <^ - + 1且 H她时，转入步骤F ;当 < 她时，转入步骤G ；
C 充放电控制器控制功率开关管&、A断开，K2 , Z3闭合，此时为光伏电池独立发电
状态，光伏电池为负载供电，光伏电池同时给蓄电池充电，当G Cf^81时，与光伏电池连接 的DC/DC升压电路工作于MPPT方式，MPPT方式为充放电控制器实时侦测太阳能板的发电 电压，并追踪最高电压值，使系统达到最高的效率，当K腿时，与光伏电池连接的DC/DC 升压电路工作于恒压充电方式；
D:充放电控制器控制功率开关管A、K,断开，K1, K1闭合，此时为出光伏电池与蓄 电池共同为负载供电状态，光伏电池与蓄电池同时放电，为负载供电；
E:充放电控制器控制功率开关管&断开，K1、K2、闭合，此时与交流电网连接的 DC/DC降压电路以对蓄电池进行充电，系统处于并网发电状态，光伏电池和DC/DC降压电路 共同为蓄电池充电以及共同为负载供电；
F:充放电控制器控制功率开关管&断开、A断开，Γ2、Z4闭合，此时交流电网正常
工作，当& < Vlmki2时，与光伏电池连接的DC/DC升压电路工作于MPPT方式，MPPT方式为充
放电控制器实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压值，使系统达到最高的效率，当
6 时，与光伏电池连接的DC/DC升压电路工作于恒压充电方式，与交流电网连接的
DC/DC降压电路关闭，光伏电池为蓄电池充电，交流电网给负载提供能量；
G:充放电控制器控制功率开关管A、A断开，、&闭合，交流电网给负载提供
能量，同时对蓄电池进行充电，与光伏电池连接的DC/DC升压电路关闭，与交流电网连接的 DC/DC降压电路工作，给蓄电池充电。其中，步骤C、步骤D、步骤E、步骤F、步骤G中为负载供电前，功率因素校正电路对 功率因素进行纠正，功率因素校正电路对功率因素进行纠正后，经过UPS逆变电路逆变后 给负载供电。其中，步骤F、步骤G中交流电网为负载供电前，整流电路进一步对交流电进行整 流。其中，步骤E和步骤G中，交流电网的交流电在进入DC/DC降压电路之前，经过第
二整流电路整流。本发明的一种光伏UPS系统有益效果在于一种光伏UPS系统，包括光伏电池、整 流电路、蓄电池、与交流电网连接的DC/DC降压电路、DC/DC升压电路、与负载连接的UPS逆 变电路、充放电控制器，检测电路，DC/DC升压电路与光伏电池连接，还包括开关K1、K2、K3、 Κ4，Κ1、Κ2、Κ3的一端与蓄电池连接，Kl的另一端与DC/DC降压电路连接，Κ2的另一端与DC/ DC升压电路连接、K3的另一端UPS逆变器连接，K4的一端与交流电网连接，K4的另一端与 整流电路连接，整流电路另一端与UPS逆变器连接，检测电路、UPS逆变电路与充放电控制器连接，本发明智能化地实现UPS各种不同工作模式之间的自动转换，供电方式多样，最大 化地利用太阳能、系统效率高。本发明的一种光伏UPS系统控制方法有益效果在于A 设蓄电池低压设定点为 Vbminl、蓄电池最低放电电压为Vbmin2,蓄电池电压为κ，最大电压为Gmaz，设DC/DC降压电路
输出功率为Pck , DC/DC升压电路输出功率为Pjfv，DC/DC升压电路输出电流为, DC/DC升
压电路输出最小电流为Ipvmm，蓄电池输出功率为，负载功率为ρ滅，检测电路检测出
电路中的Vb、Pei、Ppv、Ipv并传送给充放电控制器；
B 充放电控制器根据检测电路检测出 、Pck、Pfy、ν、ρ-、ρ磁值，进行计算，判断 工作状态，进而控制开关ΚΙ、Κ2、Κ3、Κ4的闭合状态，当 > P^ +Piat时，转入步骤C ；当 Pw < Pi^+Pm，且6>6_时,转入步骤且K <‘ω时，转入步骤Ε;当 Pw +Pck < P碰+ 且 > 时，转入步骤F ;当 <W时,转入步骤G ；
C 充放电控制器控制功率开关管A、A断开，K2, K飞闭合,此时为光伏电池独立发电
状态，光伏电池为负载供电，光伏电池同时给蓄电池充电，当G 时，与光伏电池连接 的DC/DC升压电路工作于MPPT方式，MPPT方式为充放电控制器实时侦测太阳能板的发电 电压，并追踪最高电压值，使系统达到最高的效率，当K飄时，与光伏电池连接的DC/DC 升压电路工作于恒压充电方式；
D:充放电控制器控制功率开关管A、A14断开，吳，Z3闭合，此时为出光伏电池与蓄 电池共同为负载供电状态，光伏电池与蓄电池同时放电，为负载供电；
E:充放电控制器控制功率开关管&断开，Α、Κ2、K3闭合，此时与交流电网连接的 DC/DC降压电路以对蓄电池进行充电，系统处于并网发电状态，光伏电池和DC/DC降压电路 共同为蓄电池充电以及共同为负载供电；
F:充放电控制器控制功率开关管Α断开、A断开，A、&闭合，此时交流电网正常
工作，当& <^ift2时,与光伏电池连接的DC/DC升压电路工作于MPPT方式，MPPT方式为充
放电控制器实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压值，使系统达到最高的效率，当
巧> Gmffi时，与光伏电池连接的DC/DC升压电路工作于恒压充电方式，与交流电网连接的
DC/DC降压电路关闭，光伏电池为蓄电池充电，交流电网给负载提供能量；
G:充放电控制器控制功率开关管4、^断开，&、&闭合，交流电网给负载提供
能量，同时对蓄电池进行充电，与光伏电池连接的DC/DC升压电路关闭，与交流电网连接的 DC/DC降压电路工作，给蓄电池充电。通过上述方法可以智能化地实现UPS各种不同工作模式之间的自动转换，供电方 式多样，最大化地利用太阳能、系统效率高。
图1是本发明的结构框图。图2是本发明的工作模式1或工作模式2。图3是本发明的工作模式3。图4是本发明的交流电网正常时的工作模式4或工作模式5。图5是本发明的交流电网正常时的工作模式6或工作模式7。图6是本发明的交流电网正常时的工作模式8。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明，如图1-图6所示。实施例1
一种光伏UPS系统，包括光伏电池、整流电路、蓄电池、与交流电网连接的DC/DC降压电 路、DC/DC升压电路、与负载连接的UPS逆变电路、充放电控制器，检测电路，DC/DC升压电 路与光伏电池连接，还包括开关Kl、K2、K3、K4，ΚΙ、K2、K3的一端与蓄电池连接，Kl的另一 端与DC/DC降压电路连接，K2的另一端与DC/DC升压电路连接、K3的另一端UPS逆变器连 接，K4的一端与交流电网连接，K4的另一端与整流电路连接，整流电路另一端与UPS逆变器 连接，检测电路、UPS逆变电路与充放电控制器连接，本发明智能化地实现UPS各种不同工 作模式之间的自动转换，供电方式多样化，最大限度地利用光阳能，保证了对负载的供电质 量以及重要负载的不间断供电，系统效率高。本实施例的还包括功率因素校正电路，功率因素校正电路一端与整流电路连接， 功率因素校正电路另一端与UPS逆变器连接。本实施例的DC/DC降压电路与交流电网之间还设置有第二整流电路，第二整流电 路一端与交流电网连接，第二整流电路另一端与DC/DC降压电路连接。本实施例的开关Kl、K2、K3、K4为功率开关管，KU K2、K3、K4与充放电控制器连接。实施例2
一种光伏UPS系统控制方法，包括如下步骤
A 设蓄电池低压设定点为Vbminl、蓄电池最低放电电压为Vbmin2，蓄电池电压为R， 最大电压为，设DC/DC降压电路输出功率为P￡k , DC/DC升压电路输出功率为P”. , DC/DC
升压电路输出电流为,DC/DC升压电路输出最小电流为‘νιωη，蓄电池输出功率为‘，
负载功率为Phsd ,检测电路检测出电路中的Fb、Psk、P v、Ipv、Pim、Pleai ,并传送给充放电控 制器；
B 充放电控制器根据检测电路检测出Fb、pc&、P3n、ν、iL、P滅值，进行计算，判断 工作状态，进而控制开关Kl、K2、K3、K4的闭合状态，当P於> Pytli+Pm时，转入步骤C ；当，且6 时,转入步骤DjvC^tf且K <‘ω时，转入步骤E^
Ppv + Ρφ < P滅+ Pisl且‘ > ^vmm时，转入步骤F ；当!pv < Simin时，转入步骤G ；
C 充放电控制器控制功率开关管&、^4断开，, K3闭合，此时为光伏电池独立发电
状态，光伏电池为负载供电，光伏电池同时给蓄电池充电，当G < I双时，与光伏电池连接 的DC/DC升压电路工作于MPPT方式，MPPT方式为充放电控制器实时侦测太阳能板的发电 电压，并追踪最高电压值，使系统达到最高的效率，当K薩时，与光伏电池连接的DC/DC 升压电路工作于恒压充电方式；
D:充放电控制器控制功率开关管A、A断开，闭合，此时为出光伏电池与蓄 电池共同为负载供电状态，光伏电池与蓄电池同时放电，为负载供电；
E:充放电控制器控制功率开关管A断开，K1、^2、^3闭合，此时与交流电网连接的 DC/DC降压电路以对蓄电池进行充电，系统处于并网发电状态，光伏电池和DC/DC降压电路 共同为蓄电池充电以及共同为负载供电；
F:充放电控制器控制功率开关管A断开、A断开，A、A闭合，此时交流电网正常
工作，当G < Ftem2时,与光伏电池连接的DC/DC升压电路工作于MPPT方式，MPPT方式为充
放电控制器实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压值，使系统达到最高的效率，当
6 时，与光伏电池连接的DC/DC升压电路工作于恒压充电方式，与交流电网连接的
DC/DC降压电路关闭，光伏电池为蓄电池充电，交流电网给负载提供能量；
G:充放电控制器控制功率开关管A、A断开，&、^4闭合，交流电网给负载提供
能量，同时对蓄电池进行充电，与光伏电池连接的DC/DC升压电路关闭，与交流电网连接的 DC/DC降压电路给蓄电池充电。本实施例的步骤C、步骤D、步骤E、步骤F、步骤G中为负载供电前，功率因素校正 电路对功率因素进行纠正，功率因素校正电路对功率因素进行纠正后，经过UPS逆变电路 逆变后给负载供电。本实施例的步骤F、步骤G中交流电网为负载供电前，整流电路进一步对交流电进 行整流。本实施例的交流电网的交流电在进入DC/DC降压电路之前，经过第二整流电路整流。如图2所示，光伏电池能量不仅输出给负载设备还有一部分储存于蓄电池中， 即系统工作于独立发电状态，因此无论交流电网正常与否，系统工作于此模式的条件为
V > Pum +PM ,而6与的大小关系决定了 DC/DC升压电路工作于MPPT方式还是恒压 充电方式。当巧Cfrteffi时DC/DC升压电路工作于MPPT方式，此时本实施例处于工作模式1， 当K >5丽时DC/DC升压电路工作于恒压充电方式，此时本实施例处于工作模式2。此时 功率开关管A、K,断开，K1 , T3闭合，光伏电池给负载提供能量并给蓄电池充电。
如图3所示，光伏电池能量与蓄电池能量共同为负载设备供电，因此无论交流电 网正常与否，系统工作于此模式的条件为且6 -I^dc/DC升压电路工作
于MPPT方式，此时本实施例处于工作模式3，功率开关管4、Z4断开，K2 , 闭合，光伏电 池与蓄电池同时放电。如图4所示，光伏电池能量不足以供给负载设备，而且由于蓄电池能量不足 从而必须启动DC/DC降压电路以对蓄电池进行充电，即系统处于并网发电状态，此时 本实施例处于工作模式4或工作模式5，因此交流电网正常时工作于此模式的条件为
Pw <+Pist且K < h。此时DC/DC降压电路工作于恒流充电阶段，，DC/DC升压电路
工作于MPPT方式，光伏电池和DC/DC降压电路即充电器共同为蓄电池充电以及给负载提供
能量°如图5所示，光伏电池能量及蓄电池能量都远小于负载设备所需能量，因此交流 电网正常时工作于此模式的条件为< P^+ Pisl,而G的大小决定了
DC/DC升压电路工作于MPPT方式还是恒压充电方式。当巧时DC/DC升压电路工作
于MPPT方式，此时本实施例处于工作模式6,当巧> V^时DC/DC升压电路工作于恒压充
电方式，此时本实施例处于工作模式7。其中Fsiail2为蓄电池最低放电电压。此时功率开关
管^T3断开、T1断开，毛、&闭合，DC/DC降压电路关闭，光伏电池为蓄电池充电，交流电网
给负载提供能量。如图6所示，光伏电池能量为零，此时启动UPS功能，即交流电网提供系统所需的 所有能量，不仅供负载设备所需能量，而且对蓄电池进行充电。因此交流电网正常时工作于
此模式的条件为 。此时本实施例处于工作模式8功率开关管Z2、K-s断开，K1、
-C4闭合，DC/DC升压电路关闭。DC/DC降压电路工作于恒压或恒流充电阶段，交流电网为蓄 电池充电并给负载提供能量。表1是交流电网正常情况下，系统各种工作模式之间切换条件，以实现独立发电， 并网发电，UPS三个主系统状态之间的智能切换。主要是依据光伏电池能量、蓄电池能量、 负载设备所需能量三者之间的大小关系确定系统工作于何处工作模式。表 权利要求
1.一种光伏UPS系统，包括光伏电池、整流电路、蓄电池、与交流电网连接的DC/DC降压 电路、DC/DC升压电路、与负载连接的UPS逆变电路、充放电控制器，检测电路，DC/DC升压电 路与光伏电池连接，其特征在于还包括开关K1、K2、K3、K4，Κ1、Κ2、Κ3的一端与蓄电池连 接，Kl的另一端与DC/DC降压电路连接，K2的另一端与DC/DC升压电路连接、K3的另一端 UPS逆变器连接，K4的一端与交流电网连接，K4的另一端与整流电路连接，整流电路另一端 与UPS逆变器连接，检测电路、UPS逆变电路与充放电控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种光伏UPS系统，其特征在于还包括功率因素校正电路， 功率因素校正电路一端与整流电路连接，功率因素校正电路另一端与UPS逆变器连接。
3.根据权利要求2所述的一种光伏UPS系统，其特征在于DC/DC降压电路与交流电网 之间还设置有第二整流电路，第二整流电路一端与交流电网连接，第二整流电路另一端与 DC/DC降压电路连接。
4.根据权利要求3所述的一种光伏UPS系统，其特征在于开关K1、K2、K3、K4为功率 开关管，ΚΙ、Κ2、Κ3、Κ4与充放电控制器连接。
5.一种权利要求1所述的光伏UPS系统的光伏UPS系统控制方法，其特征在于包括 如下步骤A 设蓄电池低压设定点为Vbminl、蓄电池最低放电电压为Vbmin2，蓄电池电压为 4最大电压为设DC/DC降压电路输出功率为& , DC/DC升压电路输出功率为Av，DC/DC升压电路输出电流为2”，DC/DC升压电路输出最小电流为Ipjmm ,蓄电池输出功率为P她，负载功率为P碰,检测电路检测出电路中的H、Ppv、Ipv、n’并传送给 充放电控制器；B 充放电控制器根据检测电路检测出％、Pdi、Ppv、V、iL、‘值，进行计算，判断工作状态，进而控制开关Kl、K2、K3、K4的闭合状态，当巧>· >巧_·+^^时，转入步骤C ；当，且6>6·时,转入步骤且6时，转入步骤E;当^V+^i + ν > 她时，转入步骤F ;当、< 《^时,转入步骤G ；C 充放电控制器控制功率开关管A、^4断开，^2 , 4闭合,此时为光伏电池独立发电状态，光伏电池为负载供电，光伏电池同时给蓄电池充电，当G <1砠时，与光伏电池连接 的DC/DC升压电路工作于MPPT方式，MPPT方式为充放电控制器实时侦测太阳能板的发电 电压，并追踪最高电压值，使系统达到最高的效率，当K腿时，与光伏电池连接的DC/DC 升压电路工作于恒压充电方式；D:充放电控制器控制功率开关管A、^4断开，^2 , 闭合，此时为出光伏电池与蓄 电池共同为负载供电状态，光伏电池与蓄电池同时放电，为负载供电；E:充放电控制器控制功率开关管A断开，&、&、K-s闭合，此时与交流电网连接的 DC/DC降压电路以对蓄电池进行充电，系统处于并网发电状态，光伏电池和DC/DC降压电路共同为蓄电池充电以及共同为负载供电；F:充放电控制器控制功率开关管4断开、A断开，4、A闭合，此时交流电网正常工作，当G <^2时，与光伏电池连接的DC/DC升压电路工作于MPPT方式，MPPT方式为充放电控制器实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压值，使系统达到最高的效率，当G 时，与光伏电池连接的DC/DC升压电路工作于恒压充电方式，与交流电网连接的DC/DC降压电路关闭，光伏电池为蓄电池充电，交流电网给负载提供能量；G:充放电控制器控制功率开关管毛、A断开，尽、^4闭合，交流电网给负载提供能量，同时对蓄电池进行充电，与光伏电池连接的DC/DC升压电路关闭，与交流电网连接的 DC/DC降压电路工作，给蓄电池充电。
6.根据权利要求5所述的光伏UPS系统控制方法，其特征在于步骤C、步骤D、步骤E、 步骤F、步骤G中为负载供电前，功率因素校正电路对功率因素进行纠正，功率因素校正电 路对功率因素进行纠正后，经过UPS逆变电路逆变后给负载供电。
7.根据权利要求6所述的光伏UPS系统控制方法，其特征在于步骤F、步骤G中交流 电网为负载供电前，整流电路进一步对交流电进行整流。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的光伏UPS系统控制方法，其特征在于步骤E和 步骤G中，交流电网的交流电在进入DC/DC降压电路之前，经过第二整流电路整流。
全文摘要
一种光伏UPS系统和控制方法，光伏UPS系统包括光伏电池、整流电路、蓄电池、与交流电网连接的DC/DC降压电路、DC/DC升压电路、与负载连接的UPS逆变电路、充放电控制器，检测电路，DC/DC升压电路与光伏电池连接，还包括开关K1、K2、K3、K4，K1、K2、K3的一端与蓄电池连接，K1的另一端与DC/DC降压电路连接，K2的另一端与DC/DC升压电路连接、K3的另一端UPS逆变器连接，K4的一端与交流电网连接，K4的另一端与整流电路连接，整流电路另一端与UPS逆变器连接，检测电路、UPS逆变电路与充放电控制器连接，本发明供电方式多样，最大化地利用太阳能、系统效率高。
文档编号H02N6/00GK102005803SQ20101061534
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者于玮 申请人:易事特电力系统技术有限公司