一种光伏空调变频器电能控制器及控制系统的制作方法

文档序号:10593258阅读:809来源:国知局
一种光伏空调变频器电能控制器及控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种光伏空调变频器电能控制器,包括:采样电路模块,数据处理模块,存储模块;所述采样电路模块,用于按照预定周期采集光伏空调变频器内光伏系统侧与电机负载侧、光伏空调变频器外电网侧的电信号;所述数据处理模块,用于根据所述采样电路模块采集到的电信号进行预定参数的计算;所述存储模块,用于保存所述数据处理模块计算所得的数据;本发明实施例提供的光伏空调变频器电能控制器降低了变频器电能计量的成本,简化了变频器控制器的外部接口,实现了光伏空调变频器发电和耗电模式中间过程量的记录,形成了一套统一的电能统计和管理系统。本发明还公开了一种光伏空调变频器电能控制系统。
【专利说明】
一种光伏空调变频器电能控制器及控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及电力电子技术领域,特别涉及一种光伏空调变频器电能控制器及控制系统。
【背景技术】
[0002]随着世界能源的日益紧张和电力电子技术的迅速发展,对光伏空调变频器的需求越来越多,同时对光伏空调变频器控制系统的要求也越来越多样化,其中包括光伏空气变频器电能控制器及控制系统。
[0003]光伏空调变频器是一种集成了光伏系统和空调供电两个功能的变频器,其中包括光伏系统和电机负载。光伏空调控制系统控制能量在光伏系统、电机负载和电网三者之间的自由流动。电能从光伏系统到电机负载和电网的流动是单向的,电网和电机负载之间的能量流动是双向的。光伏系统的输出功率不能满足电机负载运行功率需求时,变频器从电网取电;光伏系统的输出功率大于电机负载的运行功率需求时,多余电能将被送回电网。光伏空调变频器的能量流动较为复杂,其电能统计和管理有较大难度。
[0004]目前,光伏空调变频器的电能统计和管理采用电度表测量方式,即在光伏空调变频器系统中加装双向交流电度表和直流电表,来统计光伏系统和光伏空调变频器的电能信息。但是,使用电度表不仅增加了成本,增加变频器控制器的接□,使变频器更加复杂,而且光伏空调变频器发电和耗电模式切换灵活,电度表只能记录最终结果,对中间过程量无法记录,即无法形成一套统一的电能统计和管理系统。
[0005]因此,如何统计和管理光伏空调变频器的电能是本领域技术人员目前需要解决的问题。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是提供一种光伏空调变频器电能控制器,用于解决光伏空调变频器的电能统计和管理的问题。本发明的另一目的是提供一种包括上述电能控制器的光伏空调变频器控制系统。
[0007]为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0008]—种光伏空调变频器电能控制器,包括:采样电路模块,数据处理模块,存储模块;
[0009]所述采样电路模块,用于按照预定周期采集光伏空调变频器内光伏系统侧与电机负载侧、光伏空调变频器外电网侧的电信号;
[0010]所述数据处理模块,用于根据所述采样电路模块采集到的电信号进行预定参数的计算;
[0011 ]所述存储模块,用于保存所述数据处理模块计算所得的数据。
[0012]其中,所述数据处理模块,包括:发电总价计算子模块,变频器效率计算子模块,节能量计算子模块;
[0013]所述发电总价计算子模块,用于计算预定时间段内发电总价;
[0014]所述变频器效率计算子模块,用于计算所述光伏空调变频器在耗电和发电模式下的效率;
[0015]所述节能量计算子模块,用于计算所述光伏空调变频器的节能量。
[0016]其中,还包括:控制模块;
[0017]所述控制模块,包括:变频器输出功率限制单元,智能启停功率模块单元,夜间模式切换单元,电能异常捕捉单元。
[0018]所述变频器输出功率限制单元,用于根据变频器输出功率值来限制变频器转速。
[0019]所述智能启停功率模块单元,用于在纯发电模式下,判断光伏输入功率是否满足开启或关闭条件,根据判断结果启停功率模块。
[0020]所述夜间模式切换单元,用于判断光伏输入功率是否满足夜间工作条件,根据判断切换夜间/日间模式。
[0021]所述电能异常捕捉单元,用于判断预定时间段内的用电量是否超出预设上限值或下限值,并对异常用电情况进行报警。
[0022]其中,还包括:显示器;
[0023]所述显示器,用于显示所述存储模块中的数据。
[0024]其中,还包括:人机交互模块;
[0025]所述人机交互模块,用于接收用户触发的操作指令,并执行对应的动作。
[0026]本发明实施例还提供一种光伏空调变频器电能控制系统,包括:光伏空调变频器,三相交流电网;
[0027]所述光伏空调变频器,包括:光伏系统,电机负载;
[0028]还包括上述光伏空调变频器电能控制器。
[0029]基于上述技术方案,本发明实施例提供的光伏空调变频器电能控制器,相比于现有光伏空调变频器电能统计和管理方案,降低了变频器电能计量的成本,简化了变频器控制器的外部接口,实现了光伏空调变频器发电和耗电模式中间过程量的记录,形成了一套统一的电能统计和管理系统。
【附图说明】
[0030]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的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0031]图1为本发明实施例所提供的一种光伏空调变频器电能控制器设计方案示意图;
[0032]图2为本发明实施例所提供的一种光伏空调变频器电能控制器的一种数据处理模块方案示意图;
[0033]图3为本发明实施例所提供的另一种光伏空调变频器电能控制器设计方案示意图;
[0034]图4为本发明实施例所提供的另一种光伏空调变频器电能控制器的一种控制模块方案示意图;
[0035]图5为本发明实施例所提供的变频器输出功率限制模式方案示意图;
[0036]图6为本发明实施例所提供的智能启停功率模块单元方案示意图;
[0037]图7为本发明实施例所提供的夜间模式切换单元方案示意图;
[0038]图8为本发明实施例所提供的再一种光伏空调变频器电能控制器设计方案示意图;
[0039]图9为本发明实施例所提供的又一种光伏空调变频器电能控制器设计方案示意图;
[0040]图10为本发明实施例所提供的一种光伏空调变频器电能控制系统的方案示意图。
【具体实施方式】
[0041]本发明的核心是提供一种光伏空调变频器电能控制器,用于解决光伏空调变频器的电能统计和管理的问题。本发明的另一目的是提供一种包括上述电能控制器的光伏空调变频器控制系统。
[0042]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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做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。
[0043]图1为本发明实施例所提供的一种光伏空调变频器电能控制器设计方案示意图。参照图1,在这一种具体实施方案中,本发明所提供的一种光伏空调变频器电能控制器,可以包括:采样电路模块100、数据处理模块200、存储模块300。
[0044]所述采样电路模块100按照预定周期,采集光伏空调变频器内的光伏系统侧和电机负载侧、及光伏空调变频器外的电网侧的电信号,并将采集到数据传输给数据处理模块。例如:采样电路模块实时采集光伏系统侧的直流电压和输入电流,或者每1ms采集一次变频器输出电压和输出电流,并将采集到的数据传给数据处理模块。
[0045]所述数据处理模块200根据采样电路模块采集到的电信号进行预定参数的计算,所述预定参数可以包括:光伏输入功率,光伏系统侧日/月/年/总发电量,电机负载功率,电机负载侧日/月/年/总用电量,变频器输出功率,电网侧功率,电网侧日/月/年/总电量;还可以包括:发电总价,变频器效率,节能量。
[0046]为便于理解本发明实施例提供的光伏空调变频器电能控制器的统计方案,下面将进行举例说明。光伏空调变频器电网侧电流是双向的,依据本发明实施例:当光伏发电量小于电机负载用电量时,变频器在耗电,规定此时电网侧电流为正;当光伏发电量大于电机负载用电量时,变频器在发电,此时电网侧电流为负时。变频器电网侧用电量为电网侧耗电量与电网侧发电量的差值。电网侧用电量可根据电网侧的线电压和线电流计算。光伏发电量和光伏出入功率可根据光伏系统侧的直流电压和光伏输入电流计算。电机负载耗电量和变频器输出功率可以根据变频器输出电压和输出电流计算。
[0047]其中,以变频器耗电量为例,电能计算方式如下:
[0048]根据实时采样得到的变频器电机负载侧输出的线电压和线电流,实时计算其均方根值U和I,其中I为正数时,代表电能输入变频器,I为负数时,代表变频器发电,实时输入功率 P = 1.732UI;
[0049]每1ms更新一次输入功率,并把每个1ms的输入电能累加起来,每累计Is,总计100个电能之和;则每秒电能WzPit+PK+…+P1Q()t(其中,Pn代表第η个1ms时的功率,t为1ms);
[0050]每Is,把这Is的电能加到日电量、月电量、年电量、总电量中,更新存储模块中的日电量、月电量、年电量、总电量。除此之外,预定参数中的其余各项的数据统计可以通过同样的方法得到。
[0051]所述存储模块300用于保存所述数据处理模块计算所得的数据;控制系统可以从存储器中读取出当前的总电量、年电量、月电量和日电量。
[0052]基于上述技术方案,本发明实施例提供的光伏空调变频器电能控制器,相比于现有光伏空调变频器电能统计和管理方案,降低了变频器电能计量的成本,简化了变频器控制器的外部接口,实现了光伏空调变频器发电和耗电模式中间过程量的记录,形成了一套统一的电能统计和管理系统。
[0053]图2为本发明实施例所提供的一种光伏空调变频器电能控制器的一种数据处理模块方案示意图,参照图2,所述数据处理模块200,可以包括:
[0054]发电总价计算子模块210,用于计算预定时间段内发电总价;例如:用户输入电价和时间段,则发电总价计算单元210可以把这段日期内的合计发电量计算出来,再结合电价,计算出发电的总价值;
[0055]变频器效率计算子模块220,用于计算所述光伏空调变频器在用电和发电模式下的效率;例如:当变频器用电时,光伏空调变频器效率为电机功率/(光伏发电功率+电网侧输入功率),当变频器发电时,光伏空调变频器效率为(电机功率+变频器发电功率)/光伏发电功率;
[0056]节能量计算子模块230,用于计算所述光伏空调变频器的节能量;例如:将光伏系统和变频器效率的提高所带来的节能综合起来可以计算出变频器相对于普通空调变频器的节能总量,节能量可以折算成减排的二氧化碳量,从而计算出环保效益。
[0057]可选的,图3为本发明实施例所提供的另一种光伏空调变频器电能控制器设计方案示意图。参照图3,在这一种具体实施方案中,本发明所提供的一种光伏空调变频器电能控制器,还可以包括:控制模块400;所述控制模块,用于电能的智能管理。
[0058]图4为本发明实施例所提供的另一种光伏空调变频器电能控制器的一种控制模块方案示意图,参照图4,所述控制模块400,可以包括:
[0059]变频器输出功率限制单元410,用于根据变频器输出功率值来限制变频器转速。例如,参照图5,变频器输出功率限制模式方案示意图,从存储模块中获取变频器输出功率,当输出功率超过预设门槛值并持续I分钟时,变频器降低转速运行,进入输出功率限制模式;当变频器转速高于上位机转速时,输出功率限制模式解除。优选的,在输出功率限制模式中,判断输出功率是否高于门槛值并持续10s,若是,则变频器转速每秒降低10转;若不是,则判断输出功率是否低于门槛值的99%并持续1s,若是,则变频器转速每秒增加10转;若不是,则维持在该转速,使变频器输出功率控制在门槛值的99 %到100 %之间。
[0060]智能启停功率模块单元420,用于在纯发电模式下,判断光伏输入功率是否满足开启或关闭条件,根据判断结果启停功率模块。当电机不运转时,光伏空调变频器处于纯发电模式。例如,参照图6,智能启停功率模块单元方案示意图,在纯发电模式下,当光伏输入功率小于1kW并持续3min时,关闭功率模块;当光伏输入功率大于15kW并持续7min时,开启功率模块。
[0061]夜间模式切换单元430,用于判断光伏输入功率是否满足夜间工作条件,根据判断切换夜间/日间模式。例如,参照图7,夜间模式切换单元方案示意图,夜间工作条件为光伏输入功率小于5kW,当光伏输入功率小于5kW时,为确认情况,可以增加条件,如光伏输入功率小于5kW并持续3min时,变频器进入夜间模式;当光伏输入功率大于5kW时,光伏变频器进入日间模式。在日间模式下,变频器中间电压变动以跟踪最大光伏功率点;在夜间模式下,变频器固定中间电压。
[0062]电能异常捕捉单元440,用于判断预定时间段内的用电量是否超出预设上限值或下限值,并对异常用电情况进行报警。例如,用户可以设置日用电量或月用电量上限,当用电量超过上限时,变频器可以进行报警,提示检查用电异常情况。可选的,系统也可以根据历史数据,设定每段时期的经验上限值,如每月电机用电的上下限值,自动捕捉用电异常。例如:设定8月8日用电量上限为1500kWh,光伏发电量下限为500kWh,当该日这两个数据中的任何一个数据超标时,变频器会进行报警,需要人工操作确认后才会清除异常报警。
[0063]可选的,图8为本发明实施例所提供的再一种光伏空调变频器电能控制器设计方案示意图。参照图8,在这一种具体实施方案中,本发明所提供的一种光伏空调变频器电能控制器,还可以包括:显示器500。本发明实施例统计光伏空调变频器和电网侧电能信息,并把统计信息存储在存储模块中,所有的统计结果可显示器查看。上述所有实施例中的数据都可以通过显示器查看。例如,显示器可以显示8月8日实际的用电量和光伏发电量,以及用电异常的数据。
[0064]可选的,图9为本发明实施例所提供的又一种光伏空调变频器电能控制器设计方案示意图。参照图9,在这一种具体实施方案中,本发明所提供的一种光伏空调变频器电能控制器,还可以包括:人机交互模块600。通过人机交互界面可以实时显示预定参数中的功率和电能等数据信息,或者把清空所有电能统计数据的命令传输给控制器,擦除所有电能统计存储数据,以便重新开始统计电能数据。例如,用户可以通过人机交互模块擦除电机负载年用电量,以便开始第二年的新统计。
[0065]本发明实施例提供了一种光伏空调变频器电能控制器,通过上述方案降低变频器电能计量的成本,简化变频器控制器的外部接口,记录光伏空调变频器发电和耗电模式中间过程量,形成一套统一的电能统计和管理系统。
[0066]下面对本发明实施例提供的一种光伏空调变频器电能控制系统进行介绍,下文描述的一种光伏空调变频器电能控制系统与上文描述的一种光伏空调变频器电能控制器可相互对应参照。
[0067]图10为本发明实施例所提供的一种光伏空调变频器电能控制系统的方案示意图,该光伏空调变频器电能控制系统可以包括:光伏空调变频器10,三相交流电网20,所述光伏空调变频器电能控制器30;其中,光伏空调变频器可以包括:光伏系统11,电机负载12。
[0068]光伏空调变频器电能控制器30是光伏空调变频器电能统计与管理装置的载体,它自带上述采样电路模块,可以按照预定周期采集光伏空调变频器10内光伏系统11侧与电机负载12侧,以及三相交流电网20侧的电信号,上述数据处理模块根据采集到的数据进行预定参数的计算,进而统计光伏空调变频器的电能信息。
[0069]若所述控制器20还包括上述控制模块400,则可以实现对光伏空调变频器的智能管理,包括:变频器输出功率限制,智能启停功率模块,夜间模式切换,电能异常捕捉。
[0070]若所述控制器20还包括上述显示器500,则可以实时显示存储模块中的预定参数的信息,查看所有统计结果。
[0071]若所述控制器20还包括上述人机交互模块600.则可以通过操作显示屏,清空所有电能统计数据,重新开始统计电能。
[0072]说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
[0073]专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0074]结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(R0M)、电可编程R0M、电可擦除可编程R0M、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0075]以上对本发明所提供的一种光伏空调变频器电能控制器及控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种光伏空调变频器电能控制器,其特征在于,包括:采样电路模块,数据处理模块,存储模块; 所述采样电路模块,用于按照预定周期采集光伏空调变频器内光伏系统侧与电机负载侦叭光伏空调变频器外电网侧的电信号; 所述数据处理模块,用于根据所述采样电路模块采集到的电信号进行预定参数的计算; 所述存储模块,用于保存所述数据处理模块计算所得的数据。2.如权利要求1所述的光伏空调变频器电能控制器,其特征在于,所述数据处理模块,包括:发电总价计算子模块,变频器效率计算子模块,节能量计算子模块; 所述发电总价计算子模块,用于计算预定时间段内发电总价; 所述变频器效率计算子模块,用于计算所述光伏空调变频器在耗电和发电模式下的效率; 所述节能量计算子模块,用于计算所述光伏空调变频器的节能量。3.如权利要求1或2所述的光伏空调变频器电能控制器,其特征在于,还包括:控制模块; 所述控制模块包括:变频器输出功率限制单元,智能启停功率模块单元,夜间模式切换单元,电能异常捕捉单元。4.如权利要求3所述的光伏空调变频器电能控制器,其特征在于,所述变频器输出功率限制单元,用于根据变频器输出功率值来限制变频器转速。5.如权利要求3所述的光伏空调变频器电能控制器,其特征在于,所述智能启停功率模块单元,用于在纯发电模式下,判断光伏输入功率是否满足开启或关闭条件,根据判断结果启停功率模块。6.如权利要求3所述的光伏空调变频器电能控制器,其特征在于,所述夜间模式切换单元,用于判断光伏输入功率是否满足夜间工作条件,根据判断切换夜间/日间模式。7.如权利要求3所述的光伏空调变频器电能控制器,其特征在于,所述电能异常捕捉单元,用于判断预定时间段内的用电量是否超出预设上限值或下限值,并对异常用电情况进行报警。8.如权利要求1所述的光伏空调变频器电能控制器,其特征在于,还包括:显示器; 所述显示器,用于显示所述存储模块中的数据。9.如权利要求1所述的光伏空调变频器电能控制器,其特征在于,还包括:人机交互模块; 所述人机交互模块,用于接收用户触发的操作指令,并执行对应的动作。10.—种光伏空调变频器电能控制系统,其特征在于,包括:光伏空调变频器,三相交流电网; 所述光伏空调变频器,包括:光伏系统,电机负载; 还包括权利要求1至9任一项所述的光伏空调变频器电能控制器。
【文档编号】G05B19/042GK105955116SQ201610317104
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】韩志成, 刘浩平, 杨成, 张志学, 何成昭, 张新锐, 何亚屏, 丁晓帆, 姚大为, 杨啸聪
【申请人】中车株洲电力机车研究所有限公司
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