[发明专利]光伏发电与市网并行供电切换装置

说明书

技术领域：

本发明与无逆流光伏发电系统中的光伏发电与市网并行供电切换装置有关。

技术背景：

已有的光伏发电并网系统可分为两类，一类是逆流系统，一类是无逆流系统。逆流系统就是指太阳能方阵所产生的电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。当太阳能电池不能满足负载需要时，直接由电网供电。而无逆流系统就是指当光伏系统的发电量小于或等于负荷的用电量时，不够的电量由电网提供。

在现有的无逆流光伏发电系统中，由于没有很好的开关控制策略使光伏电源能与市网并行供电的同时防止其逆流，所以导致其切换较困难，可操作性不高，且电路复杂，成本高，所以使用较少，使得光伏电能并没有得到更有效的利用。

发明内容：

本发明专利的目的在于提供一种结构简单，成本低，光伏电源与市网切换可靠，两者同时供电时能防止逆流，光伏电源始终输出最大功率，光伏电源输出电压能与市网电压同频同相的光伏发电与市网并行供电切换装置。

本发明是这样实现的：

光伏发电与市网并行供电切换装置，其特征在于负载通过第一切换单元与光伏电源连接，通过第二切换单元与市网连接。第一切换单元由第1、2绝缘栅双极晶体管Q1、Q2分别与第1、2二极管D1、D2反向并联而成，Q1负端与Q2负端相连，Q1、Q2正端分别与光伏电源、负载相连。第二切换单元由第3、4绝缘栅双极晶体管Q3、Q4分别与第3、4二极管D3、D4反向并联而成，Q3负端与Q4负端相连，Q3、Q4正端分别与负载、市网相连。Q1~Q4的栅极与第一驱动单元相连，第一驱动单元与控制单元连接。光伏电源输出电压、电网电压、负载电流通过采样调理单元的1、2、3号电路采样到控制单元。

光伏电源由光伏阵列、降压单元、逆变单元依次连接组成。由第5绝缘栅双极晶体管VQ5、第9二极管D10、电感L1组成降压电路。VQ5的栅极连接到第三驱动单元，第三驱动单元再连接到控制单元。采样电容C1两端电压经采样调理单元4号电路采样到控制单元。逆变单元由第6-9绝缘栅双极晶体管VQ1~VQ4分别与第5-8二极管D5~D8反向并联组成。VQ1的负端与VQ2的正端连接，并与第一输出端连接，VQ3的负端与VQ4的正端连接，并与第二输出端连接，输出端经电感、电阻滤波和变压器升压后分别连接到第一切换单元和负载。VQ1、VQ3的正端以及VQ2和VQ4的负端接降压单元的输出。VQ1~VQ4管的栅极均与第二驱动单元连接，第二驱动单元再连到控制单元。

光伏电源输出端L、N连接到采样调理单元1号电路的端子P1的1、2口，再连接到电阻和第1放大器U1，第1放大器U1的输出接第1电压跟随器U2，U2的输出经电阻和第一钳位电路后连接到控制单元。市网输出端L1、N1连接到采样调理单元的2号电路的端子P2的1、2口，再连接到电阻和第2放大器U3，U3的输出一路到第2电压跟随器U4，U4的输出经电阻和第二钳位电路连接到控制单元。第2放大器U3的另一路输出经过零比较器U5和滤波电路连接到控制单元。负载电流通过采样调理单元3号电路的电流霍尔传感器连接到电阻、电容和第3放大器U6组成的调理电路后，经反馈放大器U7和二极管组成的零电平比较电路连接到控制单元。采样电容C1两端电压输出经4号电路端子P3的1、2口，再连接到电阻和第4放大器U8，第4放大器U8的输出接第3电压跟随器U9，U9的输出经电阻和第三钳位电路后连接到控制单元。

供电切换方法如下：

   （1）采样调理单元1号电路采样光伏电源输出电压波形，2号电路和3号电路分别采样电网电压和负载电流的波形，捕获它们的过零点时刻，控制单元再根据该时刻计算它们的频率和相位差值，输出调节信号到第二驱动单元，驱动逆变单元，使光伏电源输出电压与电网电压的频率和相位一致。4号电路采样电容C1两端电压，控制单元通过计算调整占空比，使光伏阵列输出最大功率。

   （2）当光伏电源输出功率大于或等于预设的负载功率时，即判断光伏电源供电正常，控制单元输出信号到第一驱动单元驱动第一切换单元按照正弦交流电的正负半周期轮流导通，此时，第二切换单元关闭，仅由光伏电源向负载供电。

   （3）当光伏电源输出功率小于预设的负载功率时，即判断光伏电源供电不正常，控制单元输出信号到第一驱动单元，驱动第一、第二切换单元导通，此时光伏电源与市网并行供电。

   （4）检测光伏电源供电是否恢复正常，若没有恢复，则重复步骤（3），若恢复正常，则转步骤（5）。