变流器、光伏发用电系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种变流器、光伏发用电系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]图1是现有技术中光伏发用电系统的示意图，如图1所示，整个系统主要包括太阳能电池阵列10、光伏逆变器20’、公用电网30和用电负载40，其中，光伏逆变器20’ 一般包括斩波模块(即，DC/DC模块)21、逆变并网模块22，、连接斩波模块21和逆变并网模块22的逆变器直流母线23’和控制器24。此种结构的光伏发用电系统的特点是:
[0003]a)其功能是把太阳能电池阵列产生的直流电逆变回到公用电网，用电负载再就近从电网取电，用电负载包括空调、冰箱、仪器等各种各样的用电设备。
[0004]b)光伏逆变器中的DC/DC模块，也即直流电变直流电模块，主要实现对太阳能电池阵列的最大功率追踪(MPPT) ；DC/AC逆变并网模块，也即直流电变交流电模块，把从太阳能电池阵列输出的能量逆变回公用电网；控制器，主要产生DC/DC模块和DC/AC逆变并网模块的PWM控制信号。
[0005]此种光伏发用电系统存在以下缺点:
[0006]I)能量流动方向单一。能量只能经光伏逆变器流入电网，不能从电网流入光伏逆变器。
[0007]2)使用此光伏逆变器的太阳能用电系统效率较低。太阳能电池阵列发电的目的主要提供给用电负载系统使用，而其发的电先是经过DC/AC逆变并网模块逆变回电网，增加了逆变损耗。再者，用电负载从公共电网取电，需要经AC/DC模块整流成直流电，从而增加了整流损耗，加之，能量在电网中流动时因导线发热增加了发热损耗。
[0008]3)光伏逆变器无法直接接用电负载。由于太阳能电池阵列的瞬间输出功率受气候影响较大，当输出功率出现瞬间跌落时，会导致用电负载出现器件烧坏或各种异常保护。
[0009]4)公用电网断电情况下，用电负载无法运行。如果公用电网断电，光伏逆变器必须切断其与公用电网的连接，否则从太阳能电池板输入的电能，经光伏逆变器逆变回电网后会造成触电的安全隐患。因此，用电负载也无法得电运行。
[0010]5 )用电负载从公共电网取电的是交流电，其按50/60HZ频率变化，方向有正负之分，快速变化的交流电会带来电磁干扰(辐射、传导)等问题，对其本身和其它的用电设备的工作性能带来一定的影响。
[0011]针对相关技术中光伏发用电系统能量流动方向单一的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0012]本发明的主要目的在于提供一种变流器、光伏发用电系统及其控制方法，以解决现有技术中光伏发用电系统能量流动方向单一的问题。
[0013]为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种变流器。
[0014]根据本发明的变流器包括:升压模块，用于连接太阳能电池阵列；整流逆变并网模块，用于连接公用电网；变流器直流母线，连接在升压模块与整流逆变并网模块之间，其中，变流器直流母线上具有母线接口，用于连接用电负载的负载直流母线；以及控制器，与升压模块和整流逆变并网模块均相连接，用于通过升压模块控制太阳能电池阵列的输出功率，并控制整流逆变并网模块处于逆变状态或整流状态。
[0015]进一步地，变流器还包括:供电模块，输入端连接至变流器直流母线，输出端与升压模块和整流逆变并网模块均相连接。
[0016]进一步地，变流器还包括:检测电路，与变流器直流母线、负载直流母线均相连接，用于检测太阳能电池阵列的输出功率和用电负载的消耗功率，其中，控制器与检测电路相连接，用于根据输出功率和消耗功率的大小，控制整流逆变并网模块处于逆变状态或整流状态。
[0017]进一步地，整流逆变并网模块包括智能功率模块IPM，控制器包括:第一加法器，正相输入端接收变流器直流母线的电压参考值，反相输入端接收变流器直流母线的实时电压值；第一调节器，输入端与第一加法器的输出端相连接，用于对电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分微分调节，得到功率参考值；第一乘法器，第一输入端与第一调节器的输出端相连接，第二输入端用于接收来自公用电网的实时相电压值，用于将功率参考值与实时相电压值进行处理，得到相电流参考值；第二加法器，正相输入端与第一乘法器的输出端相连接，反相输入端接收来自公用电网的实时相电流值；第二调节器，输入端与第二加法器的输出端相连接，用于将相电流参考值与实时相电流值的差值进行比例积分微分调节；第三加法器，第一正相输入端与第二调节器的输出端相连接，第二正相输入端用于接收实时相电压值；变换器，与第三加法器的输出端相连接，用于对第三加法器的输出结果进行变换，得到实时相电压的相电压参考值；以及第一比较器，第一输入端与变换器的输出端相连接，第二输入端用于接收预设载波，输出端与智能功率模块IPM相连接，用于产生智能功率模块IPM的控制信号。
[0018]进一步地，整流逆变并网模块包括智能功率模块IPM，控制器包括:第四加法器，正相输入端接收变流器直流母线的电压参考值，反相输入端接收变流器直流母线的实时电压值；第三调节器，输入端与第四加法器的输出端相连接，用于对电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分调节，得到功率参考值；第二乘法器，第一输入端接收输出功率和消耗功率的差值，第二输入端与第三调节器的输出端相连接，第三输入端接收来自公用电网的实时相电压值，用于输出相电流参考值；第五加法器，正相输入端与第二乘法器的输出端相连接，反相输入端接收来自公用电网的实时相电流值；第四调节器，与第五加法器的输出端相连接，用于将相电流参考值与实时相电流值的差值进行比例积分调节；以及第二比较器，第一输入端与第四调节器的输出端相连接，第二输入端用于接收预设载波，输出端与智能功率模块IPM相连接，用于产生智能功率模块IPM的控制信号。
[0019]进一步地，升压模块包括功率开关器件，其中，控制器通过控制功率开关器件的导通或关断时长，控制太阳能电池阵列的输出功率。
[0020]进一步地，变流器还包括:第一滤波器，连接在太阳能电池阵列与升压模块之间；和/或第二滤波器，连接在公用电网与整流逆变并网模块之间。
[0021]进一步地，第一滤波器为EMI滤波器，第二滤波器为LCL滤波器。
[0022]进一步地，变流器还包括:冷却模块，用于对变流器进行散热。
[0023]为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种光伏发用电系统。
[0024]根据本发明的光伏发用电系统包括:太阳能电池阵列；变流器，连接在太阳能电池阵列与公用电网之间，并具有变流器直流母线、通过变流器直流母线相连接的升压模块和整流逆变并网模块、以及与升压模块和整流逆变并网模块均相连接的控制器，其中，控制器用于通过升压模块调节太阳能电池阵列的输出功率，并控制整流逆变并网模块处于逆变状态或整流状态；负载直流母线，连接至变流器直流母线；以及用电负载，与负载直流母线相连接。
[0025]进一步地，光伏发用电系统还包括:汇流单元，连接在太阳能电池阵列与变流器之间。
[0026]进一步地，变流器包括断电检测模块，其中，在断电检测模块检测出公用电网断电的情况下，变流器切断与公用电网之间的连接。
[0027]进一步地，变流器的数量为多个，多个变流器包括主变流器和从变流器，主变流器与从变流器通过CAN总线连接，并均与控制器相连接。
[0028]为了实现上述目的，根据本发明的第三方面，提供了一种光伏发用电系统的控制方法。
[0029]其中，光伏发用电系统包括太阳能电池阵列、公用电网、用电负载和连接在太阳能电池阵列与公用电网之间的变流器，变流器具有整流逆变并网模块，根据本发明的光伏发用电系统的控制方法包括:获取太阳能电池阵列的输出功率，并获取用电负载的消耗功率；比较输出功率与消耗功率的大小；在比较出输出功率小于消耗功率的情况下，控制整流逆变并网模块工作于整流状态；以及在比较出输出功率大于消耗功率的情况下，控制整流逆变并网模块工作于逆变状态。
[0030]进一步地，变流器还具有升压模块，升压模块包括功率开关器件，其中，控制方法还包括:通过控制功率开关器件的导通或关断时长，控制太阳能电池阵列的输出功率。
[0031]进一步地，通过以下方式确定控制功率开关器件的导通或关断时长的控制信号:检测太阳能电池阵列的实际电压值；计算参考电压值与实际电压值的电压差值；对电压差值进行比例积分运算，得到参考电流值；检测太阳能电池阵列的实际电流值；计算参考电流值与实际电流值的电流差值；以及对电流差值进行比例积分运算，得到控制信号。
[0032]进一步地，控制方法还包括:对变流器进行散热。
[0033]进一步地，采用以下冷却方式中的至少一种冷却方式对变流器进行散热:风冷冷却方式、水冷冷却方式和氟冷冷却方式。
[0034]进一步地，变流器还具有变流器直流母线，通过以下方式产生控制整流逆变并网模块工作于整流状态的控制信号:获取变流器直流母线的电压参考值和实时电压值；对电压参考值和实时电压值的差值进行比例积分微分调节，得到功率参