光伏供电系统的制作方法

本实用新型涉及光伏供电领域，具体而言，涉及一种光伏供电系统。

背景技术：

相关技术中，在包括多电源和/或多负载的系统中，可能会随机出现负载或者能量源(例如电源)的切入和切出情况，尤其在突然出现上述意外情况时，某些负载或者能量源的突然切入或者切出时，整个系统将会出现不稳定，可能出现性能不稳定，甚至导致出现安全危险。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种光伏供电系统，以至少解决相关技术中，包括多电源和/或多负载中在负载或电源突然切入和切出时易导致系统不稳定的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种光伏供电系统，包括：至少一个用电设备、光伏供电装置、电网系统，以及用于对所述至少一个用电设备的用电状态、所述光伏供电装置和电网系统中至少之一的能量输入或输出状态进行调整的缓冲装置；所述至少一个用电设备、光伏供电装置和电网系统接入直流母线；所述缓冲装置接入所述直流母线，并且与所述至少一个用电设备、光伏供电装置和电网系统中的至少之一连接。

可选地，所述缓冲装置包括：用于扩展所述直流母线的电能容量的储能电池，与所述直流母线连接。

可选地，所述缓冲装置还包括：第一稳压装置，设置在所述储能电池和所述直流母线之间。

可选地，所述第一稳压装置包括：第一直流转直流(DC/DC)开关电源。

可选地，所述至少一个用电设备包括：第一直流负载和第二直流负载，其中，所述第一直流负载的工作电压大于所述第二直流负载的工作电压；所述缓冲装置包括：第二稳压装置，设置在所述第一直流负载和所述直流母线之间，用于调整所述第一直流负载的输入电压；第三稳压装置，设置在所述第二直流负载和所述直流母线之间，用于调整所述第二直流负载的输入电压。

可选地，所述第二稳压装置包括：控制器；和/或所述第三稳压装置包括：第二 DC/DC开关电源。

可选地，所述缓冲装置还包括：第四稳压装置，设置在所述光伏供电装置和所述直流母线之间，用于调整所述光伏供电装置的输出电压。

可选地，所述缓冲装置还包括：第五稳压装置，设置在所述电网系统和所述直流母线之间，用于调整所述电网系统的输出电压。

可选地，所述至少一个用电设备中至少包括：空调系统中的压缩机。

可选地，所述光伏供电系统还包括：控制装置，与所述缓冲装置连接，用于向所述缓冲装置发送用于对所述能量输入状态或输出状态进行调整的控制指令。

在本实用新型实施例中，采用在包括至少一个用电设备、光伏供电装置和电网系统中设置一个用于对所述至少一个用电设备的用电状态、所述光伏供电装置和电网系统中至少之一的能量输入或输出状态进行调整的缓冲装置，从而可以在负载或电源突然切入和切出时，对能量的变化进行缓冲，保证系统状态的稳定过渡，进而解决了相关技术中，包括多电源和/或多负载中在负载或电源突然切入和切出时易导致系统不稳定的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种光伏供电系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的另一种可选的光伏供电系统的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的另一种可选的光伏供电系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于理解本申请实施例，以下将本申请实施例中所涉及的技术术语简述如下：

能量：在本申请实施例中指电能，例如功率，在某些情况下可以用电压或电流衡量。

光伏供电：光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

在多电源和/或多负载系统中，在其中的某个元素(例如电源或负载)突然切入或切出时，整个系统的能量会发生变化，这样容易导致系统不稳定。例如，光伏空调系统中存在光伏能量、空调机组能量、电网能量、储能电池以及直流负载能量，在某些时候可能随机出现负载或者电源的切入和切出，尤其在突然出现意外情况时，某些负载或者能量源突然切入或者切除时，整个系统将会出现不稳定，可能出现性能不稳定，甚至导致出现安全危险。

对于上述问题，本申请提供了相应的解决方案，以实现在不同负载、电源端的能量平滑过渡，既保证机组正常开关机使用空调功能，也能将光伏多余能量发送给各个末端系统，同时多余部分仍然可以发电，在整体系统不稳定时，可以实现通过电网进行系统稳定调节，从而可靠的实现整体的光伏空调系统稳定运行。为实现上述目的，本申请实施例提供了相应的解决方案，以下详细说明。

图1是根据本实用新型实施例的一种光伏供电系统的结构示意图。如图1所示，该光伏供电系统，包括：至少一个用电设备10、光伏供电装置12、电网系统14，以及用于对至少一个用电设备的用电状态、光伏供电装置和电网系统中至少之一的能量输入或输出状态进行调整的缓冲装置16；其中，

至少一个用电设备10、光伏供电装置12和电网系统14接入直流母线；

可选地，用电设备10包括但不限于：机组压机(即机组的压缩机)、高压直流负载、低压直流负载为用电设备，光伏发电装置包括但不限于光伏板，该光伏板为发电设备，电网系统14为双向电源。当每一个设备需要工作时，其中光伏板只能提供电能，用电设备只能耗能，而电网系统可以包括用电状态和发电状态。系统中的单元将会随机被加入网络(即系统)或者被切出到网络外，因此在完成状态切换后，仍然需要满足剩余系统正常工作，中间将要经理一个暂态过程，这一个暂态过程需要缓冲过渡，从而保证设备安全，又要保证剩余设备正常继续运转，而不造成系统停机或者受损。

缓冲装置16接入直流母线18，并且与至少一个用电设备10、光伏供电装置12 和电网系统14中的至少之一连接。

其中，缓冲装置16包括但不限于对系统中各个单元(例如，用电设备、电网系统和光伏供电系统)的输入或输出进行调整的状态，例如，设置对电网系统和光伏供电装置用电状态(即接收电能)和供电状态(即向外提供电能，例如光伏供电状态向电网系统补偿电能)各个单元的开启或关闭，也可以表现为对各个单元的输出电压的稳定调整，例如采用稳压装置实现。在每两个设备之间都存在缓冲运行策略(可以包括但不限于硬件实现方式，例如缓冲装置)，其中包含SPLL、重复控制等，这些策略统一由DSP进行调度运行，在其中某一个或者多个设备切除后，剩余设备之间的策略开启运行模式，从而实现电网发电、用电状态切换，以及电池的储能、放电状态切换，以及压缩机的升频、降频状态切换，对于高压直流用电设备和低压直流用电设备，通过其前端的主控单元以及DC/DC1实现负载投切的控制，从而保证暂态过程的完成，同步调节后从而进入系统的稳定运行状态。

例如，如图2所示，缓冲装置16包括但不限于：用于扩展直流母线的电能容量的储能电池160，与直流母线18连接。储能电池为双向电源，即包括用电状态和发电状态。以光伏空调系统为例，储能电池的应用可以提供很多作用，其中对于应对光伏空调机组的阶跃冲击有很大的作用，可以起到平衡母线的作用，在一个多电源、多负载系统中，母线作为一个公共点，其变化幅度对于整体的系统有很大作用，因此储能电池的并入相当于将母线容量增大，扩充母线容量后将极大减少母线波动情况，从而可以很到减少其他负载或者电源对于变动的相应，从而可以更好的处理瞬态平衡问题。

例如，如图2所示，缓冲装置16包括：第一稳压装置162，设置在储能电池160 和直流母线18之间。该第一稳压装置162包括但不限于：第一DC/DC开关电源。

可选地，至少一个用电设备10包括：第一直流负载100和第二直流负载102，其中，第一直流负载100的工作电压大于第二直流负载102的工作电压，例如；缓冲装置16包括：第二稳压装置164，设置在第一直流负载100和直流母线18之间，用于调整第一直流负载100的输出电压；第三稳压装置166，设置在第二直流负载102和直流母线18之间，用于调整第二直流负载102的输出电压。可选地，第二稳压装置 164包括但不限于：控制器；和/或第三稳压装置166包括：第二DC/DC开关电源。

例如，上述第一直流负载100包括高压直流负载，在光伏空调系统中，此部分主要为直流风机等负载，这部分负载较小，而对于光伏组件、储能系统、电网系统来讲，其变动不会引起系统问题。但是当推广到其他系统应用时，可能会有此问题，因此其控制部分的前端需要增加缓冲板块的硬件配置或者通过软件调节可以满足调节处理机制。

上述第二直流负载102包括但不限于：低压直流负载，低压直流负载是负载中特殊应用。在负载前端还有DC/DC1直流转换缓冲机制，而目前涉及的DC/DC1转换电源为输入超宽范围的高压开关电源(10-265VAC,或13-400VDC)，完全满足现有系统急剧变化的母线电压变化，可以很好的相应其他负载变化引起的问题。

可选地，如图2所示，缓冲装置16还包括：第四稳压装置168，设置在光伏供电装置12和直流母线18之间，用于调整光伏供电装置12的输出电压。可选地，缓冲装置还包括：第五稳压装置170，设置在电网系统14和直流母线18之间，用于调整电网系统的输出电压。上述第四稳压装置168和第五稳压装置170包括但不限于稳压电路。需要说明的是，缓冲装置16在对光伏供电装置12和对电网系统14进行调节时，其不仅仅可以对其输出电压进行调整，还可以采用最大功率点追踪(MPPT)控制器、三相软件锁相环(SPLL)电路、柔性切换电路、极性切换电路、重复控制技术实现的控制系统等进行调整，具体根据实际情况灵活确定。

在一个可选实施例中，如图2所示，上述光伏供电系统可以应用于空调系统中，此时，上述至少一个用电设备中至少包括：空调系统中的压缩机172。该压缩机和直流母线之间也可以设置缓冲装置，例如，如图2所示该缓冲装置包括：调整装置174，该调整装置174包括但不限于稳压电路、控制压缩机的工作频率的控制装置等，例如， PAWM装置，采用弱磁技术的调速装置等。对于弱磁技术，在直流电机理论中，改变直流电机转速的方法有：改变电枢电压调速，还有就是减小励磁电流、减弱主极磁通Φ调速；在变频器对异步电机的调速中，当变频器的输出频率高于电机额定频率时，电机铁芯磁通Φ开始减弱，电机转速高于额定转速，此时我们称电机进入弱磁调速；变频器对异步电机调速时，一旦进入弱磁调速，变频器输出电压不再改变，一般为电机额定电压。而电机电流增大，超过额定电流，速度增大时电磁转矩减小，电机功率为恒功率，所以有人把弱磁调速又叫做恒功率调速。

例如，光伏空调系统中，最大的负载为压缩机负载。当这一部分的压缩机突然停机时，而且处于多个电源供电状态情况下，系统内能量需要重新进行分配，必须给能量提供出路，对于单端口电源需要减少输出，控制输出量；而对于双端口网络则必须根据系统需求判定是否进入模式转换，即使不进入模式转换也要启动运行相应机制，调节输入输出量，完成瞬态过渡后再次建立新平衡。

如图2所示，光伏供电系统包括但不限于：控制装置20，与缓冲装置16连接，用于向缓冲装置16发送用于对能量输入状态或输出状态进行调整的控制指令。

其中，对于电网系统14，在对电网系统进行处理时，如果遇到其他负载进行变动，将进入状态切换。举例说明，当电网向后级提供能量时，后级处于用电状态，当后级负载变大或者变小时，只要仍然处于用电状态，不超出使用范围，仍可以继续使用，然而当系统中增加多个电源时，系统将面临向电网系统供电状态，从而进入发电状态，电网端口需要提高其瞬态响应，提升发电用电状态切换，从而保证电网系统端口处于稳定状态，其涉及的方案有重复控制技术、极性切换技术、柔性切换技术以及SPLL 技术，当然针对电网端口不仅止于这些技术，当有更多处理方案时，可以同步用于精准控制电网端口的发用电平滑过渡。

对于光伏供电装置12，例如光伏组件，在空调系统中为供电系统，只能向后级供电，不能作为能量存储端，因此为单向端口。当光伏组件突然切入系统中时，系统供电端口突然增加，必然打破原有系统平衡，突然涌入大量能量，这些能量需要进行控制，让其有序的分配给各个负载使用，同时也要控制光伏组件进入系统中的能量速度以及大小，从而让能量在完全涌入系统前，有效的建立新的系统平衡点，从而再次进入第二种能量平衡状态。当突然切除光伏组件时，系统中的能量突然减少，必然造成负载供电不足，母线电压急剧下降问题，这部分能量需要由其他能量进行提供，很容易造成电流过大危险，同时负载端由于能量不足而造成停机或者保护，此时必须合理减少负载能量需求，同时让其他负载进入另外一种控制模式，比如弱磁控制，另外的电源端口需要及时启用，补充母线能量突变引入的问题，比如说电网端口进入状态切换或者储能电池进行母线电能补充，当系统平衡后，储能电池再次退出应用。在光伏组件端口，其中可以采用MPPT技术，需要及时调节能量输入，保证能量可以跟随系统需求进行输入。

上为各个单元的处理机制，但是如果要有效的发挥各个单元的稳定作用，需要总体控制单元总的调度处理，而针对母线控制负载端口主要的控制芯片DSP将要灵活处理这些问题，进行总的调度，而在DSP内部则需要建立协同调度的算法。

基于上述实施例，利用已有的拓扑结构，实现对多电源、多负载系统能量变动冲击的有效处理，从而可以解决不同稳态工作状态之间的状态切换问题，而更好的让系统处于可控状态，从而提高系统的功能多样性，系统稳定性，机组可靠性。

以下以光伏供电系统为例进行说明，利用光伏空调系统多用途特性，合理进行能量的衰减和转移，从而实现光伏能量、空调机组能量、电网能量、储能电池以及直流负载能量在不同负载、电源端的平滑过渡，既保证机组正常开关机使用空调功能，也能将光伏多余能量发送给各个末端系统，同时多余部分仍然可以发电，在整体系统不稳定时，可以实现通过电网进行系统稳定调节，从而可靠的实现整体的光伏空调系统稳定运行。尤其在突然出现意外情况时，某些负载或者能量源突然切入或者切除时，整个系统将会出现不稳定，可能出现性能不稳定，甚至导致出现安全危险时的一种化险为夷的策略。

在每两个设备之间都存在缓冲运行策略，其中包含SPLL、重复控制等，这些策略统一由DSP进行调度运行，在其中某一个或者多个设备切除后，剩余设备之间的策略开启运行模式，从而实现电网发电、用电状态切换，以及电池的储能、放电状态切换，以及压缩机的升频、降频状态切换，对于高压直流用电设备和低压直流用电设备，通过其前端的主控单元以及DC/DC1实现负载投切的控制，从而保证暂态过程的完成，同步调节后从而进入系统的稳定运行状态。

以下结合图3，以光伏空调系统为例进行说明，如图3所示：

首先，针对电网系统14，在对电网系统进行处理时，如果遇到其他负载进行变动，将进入状态切换。举例说明，当电网向后级提供能量时，后级处于用电状态，当后级负载变大或者变小时，只要仍然处于用电状态，不超出使用范围，仍可以继续使用，然而当系统中增加多个电源时，系统将面临向电网系统供电状态，从而进入发电状态，电网端口需要提高其瞬态响应，提升发电用电状态切换，从而保证电网系统端口处于稳定状态，其涉及的方案有重复控制技术、极性切换技术、柔性切换技术以及SPLL 技术，当然针对电网端口不仅止于这些技术，当有更多处理方案时，可以同步用于精准控制电网端口的发用电平滑过渡。

其次，针对光伏组件12，光伏组件在空调系统中为供电系统，只能向后级供电，不能作为能量存储端，因此为单向端口。当光伏组件突然切入系统中时，系统供电端口突然增加，必然打破原有系统平衡，突然涌入大量能量，这些能量需要进行控制，让其有序的分配给各个负载使用，同时也要控制光伏组件进入系统中的能量速度以及大小，从而让能量在完全涌入系统前，有效的建立新的系统平衡点，从而再次进入第二种能量平衡状态。当突然切除光伏组件时，系统中的能量突然减少，必然造成负载供电不足，母线电压急剧下降问题，这部分能量需要由其他能量进行提供，很容易造成电流过大危险，同时负载端由于能量不足而造成停机或者保护，此时必须合理减少负载能量需求，同时让其他负载进入另外一种控制模式，比如弱磁控制，另外的电源端口需要及时启用，补充母线能量突变引入的问题，比如说电网端口进入状态切换或者储能电池进行母线电能补充，当系统平衡后，储能电池再次退出应用。在光伏组件端口，其中最重要的控制技术为MPPT技术，需要及时调节能量输入，保证能量可以跟随系统需求进行输入。

在目前的光伏空调系统中，负载即用电设备10包括高压直流负载、低压直流负载和压缩机负载，其中，最大的负载为压缩机负载。当这一部分的压缩机突然停机时，而且处于多个电源供电状态情况下，系统内能量需要重新进行分配，必须给能量提供出路，对于单端口电源需要减少输出，控制输出量；而对于双端口网络则必须根据系统需求判定是否进入模式转换，即使不进入模式转换也要启动运行相应机制，调节输入输出量，完成瞬态过渡后再次建立新平衡。

针对高压直流负载，在光伏空调系统中，此部分主要为直流风机等负载，这部分负载较小，而对于光伏组件、储能系统、电网系统来讲，其变动不会引起系统问题。但是当推广到其他系统应用时，可能会有此问题，因此其控制部分的前端需要增加缓冲板块的硬件配置或者通过软件调节可以满足调节处理机制。

针对低压直流负载，低压直流负载是负载中特殊应用。在负载前端还有DC/DC1 直流转换缓冲机制，而目前涉及的DC/DC1转换电源为输入超宽范围的高压开关电源，完全满足现有系统急剧变化的母线电压变化，可以很好的相应其他负载变化引起的问题。

最后，在光伏空调应用系统中，储能电池160的应用可以提供很多作用，其中对于应对光伏空调机组的这种阶跃冲击也有很大的作用，可以起到平衡母线的作用。在一个多电源、多负载系统中，母线作为一个公共点，其变化幅度对于整体的系统有很大作用，因此储能电池的并入相当于我将母线容量增大，扩充母线容量后将极大减少母线波动情况，从而可以很到减少其他负载或者电源对于变动的相应，从而可以更好的处理瞬态平衡问题。

以上为各个单元的处理机制，但是如果要有效的发挥各个单元的稳定作用，需要总体控制单元总的调度处理，而针对母线控制负载端口主要的控制芯片DSP(即控制装置20)将要灵活处理这些问题，进行总的调度，而在DSP内部则需要建立协同调度的算法。

基于以上实施例，只有以上各个单元协同工作，才能让瞬态响应更好的处理，从而实现对功率阶跃冲击的缓冲控制。可以满足多负载使用，实现“即插即用”功能，可以实现功能多样性；利用这种处理策略，可以实现机组不停机的状态切换，提高用户使用的舒适度；针对这种能量阶跃变化，有效的平滑处理机组恶劣冲击，提高了控制器的可靠性；恶劣冲击的有效处理，可以有效避免售后故障的出现，减少故障率；此策略可以应用在类似具有多电源、多负载的系统中，具有通用性，可以推广使用。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。