[发明专利]一种用于水泵系统的光伏市电补偿装置及控制方法

权利要求书

1.一种适用于水泵系统的光伏市电补偿装置，其特征在于，包括：光伏阵列、第一DC-DC变换器、双向AC-DC变换器、第二DC-DC变换器、三相逆变器、三相交流水泵、起动控制器、MPPT控制器，以及市电补偿控制器，所述第一DC-DC变换器的输入端与所述光伏阵列输出端相连接，所述第一DC-DC变换器的输出端连接到直流母线上，所述双向AC-DC变换器的输入端连接单相交流市电，所述双向AC-DC变换器的输出端连接到直流母线上，所述第二DC-DC变换器的输入端连接到直流母线上，所述第二DC-DC变换器的输出端与所述三相逆变器输入端相连，所述MPPT控制器采集光伏阵列的输出电压和电流，并输出控制信号到第一DC-DC变换器，所述市电补偿控制器采集直流母线电压U_DC和三相逆变器输出频率f，并输出控制信号到双向AC-DC变换器，其中：所述光伏阵列将太阳能转换为直流电能给各部件进行供电；所述第一DC-DC变换器完成光伏阵列输出电压的变换，并且所述第一DC-DC变换器在系统起动时工作在输出电压稳定模式，在系统起动完成后工作在MPPT模式；所述第二DC-DC变换器提升直流母线电压U_DC，使其满足所述三相逆变器输入要求；所述三相逆变器将直流电转换为三相交流电以驱动三相交流水泵，之后所述三相交流水泵完成扬水功能；所述起动控制器采用变压变频方式控制所述三相交流水泵起动过程；所述MPPT控制器通过控制所述第一DC-DC变换器，追踪所述光伏阵列最大功率点，使所述光伏阵列输出最大功率；所述双向AC-DC变换器在光伏阵列输出功率小于负载功率时工作在整流状态，补充负载所缺功率，在光伏阵列输出功率大于负载功率时工作在逆变状态，将多余功率回馈到电网；所述市电补偿控制器根据系统运行数据，控制双向AC-DC变换器功率流动方向；

所述系统运行数据包括：直流母线电压变化率dU/dt、三相逆变器输出频率f；

所述三相逆变器在系统起动时，在所述起动控制器的控制下实现变压变频起动，在系统起动完成后，工作在工频模式。

2.一种适用于水泵系统的光伏市电补偿的控制方法，其特征在于，包括如下三个阶段：起动阶段：双向AC-DC变换器不工作，第一DC-DC变换器输出电压给定为300V，第二DC-DC变换器输出电压给定为540V，起动控制器根据光伏阵列输出功率P、光伏阵列输出电压U的变化信息控制三相逆变器输出频率f和三相逆变器输出电压U；若在阴雨天、夜间的光照强度不足、光伏阵列输出功率P不足的条件下，则随着系统的运行，系统将满足过渡切换条件，进入过渡阶段；若在光照充足、光伏阵列输出功率足够的情况下，则随着系统的运行，系统将满足稳定切换条件，进入稳定阶段；过渡阶段：光伏阵列输出电压由MPPT控制器通过第一DC-DC变换器控制，实现最大功率点追踪，双向AC-DC变换器输出电压稳定在300V，将直流母线电压钳位，第二DC-DC变换器输出电压稳定在540V，双向AC-DC变换器工作在整流模式，三相逆变器输出频率f逐渐升到50Hz后，进入稳定阶段；稳定阶段：第一DC-DC变换器输入电压由MPPT控制器控制，实现最大功率点追踪，双向AC-DC变换器输出电压给定为300V，将直流母线电压钳位，第二DC-DC变换器输出电压稳定在540V，三相逆变器保持工频输出，市电补偿控制器根据直流母线电压变化率dU/dt，判断当前光伏阵列输出功率P与负载功率的大小关系，从而控制双向AC-DC变换器功率流动方向，实现功率补偿与回收。

3.根据权利要求2所述的一种适用于水泵系统的光伏市电补偿的控制方法，其特征在于，所述三相逆变器输出频率f和三相逆变器输出电压U满足恒压频比关系，三相逆变器输出频率f从0开始，每经过一个控制周期增大一个步长Δf。

4.根据权利要求2所述的一种适用于水泵系统的光伏市电补偿的控制方法，其特征在于，所述过渡切换条件的具体判断方法为，光伏阵列输出功率P对光伏阵列输出电压U的导数绝对值|dP/dU|小于阈值A且三相逆变器输出频率f小于50Hz，或直流母线电压U_DC小于300V。

5.根据权利要求2所述的一种适用于水泵系统的光伏市电补偿的控制方法，其特征在于，所述稳定切换条件的具体判断方法为，三相逆变器输出频率f等于50Hz。