基于共直流母线的风光储一体化空调系统及其控制方法与流程

本发明涉及空调系统领域，特别是涉及一种基于共直流母线的风光储一体化空调系统及其控制方法。

背景技术：

光储空调系统是一种就地采集和消纳新能源的空调应用系统，光储空调系统已经得到大量应用，相比于市电供电的空调系统，光储空调系统更加的节能环保。但是也存在一些不足，导致空调系统的应用受限制。

比如当光储空调系统应用在晚间、早晨情况下，有以下特点：晚间、早晨阳光不足，光伏发电系统处于停止状态。而此时空调系统处于制冷高峰期，而且由于早晨、晚间电费相对便宜，储能系统一般也在此期间处于充电状态。系统制冷及储能所需电能均需从电网取电，电能消耗相当大。

比如当空调系统需要交流离网运行的情况，比如当交流电网故障或与交流电网相连的变流器故障，比如当直流母线电压出现过压故障，整个空调系统失去直流母线的控制，无法正常运行。

因此如何设计一种能够在节能环保的情况下保障空调系统稳定运行的技术方案是业界亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明为了解决上述现有技术中节能环保的光储空调系统无法正常运行的技术问题，提出一种基于共直流母线的风光储一体化空调系统及其控制方法。

本发明采用的技术方案是：

本发明提出了一种基于共直流母线的风光储一体化空调系统，包括直流母线，电连接于所述直流母线的用于给所述直流母线提供电能的交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机，以及电连接于所述直流母线的空调系统，还包括dc（directcurrent，直流电流）控制选择器，其用于采集所述直流母线、交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机的电信息，并根据所述电信息配置所述交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机，以实现所述直流母线提供的电压处于所述空调系统所需的电压范围内。

在一实施方式中，所述dc控制选择器检测所述交流电网是否正常，若是，则选择所述交流电网接入所述直流母线；若否，则选择所述风力发电机或太阳能光伏电池板接入所述直流母线。

在一实施方式中，在所述交流电网接入所述直流母线后，检测所述直流母线是否正常，若是，则将所述太阳能光伏电池板、风力发电机、空调系统接入所述母线；或在所述风力发电机或太阳能光伏电池板接入所述直流母线后，检测所述直流母线是否正常，若是，则将所述太阳能光伏电池板或风力发电机、空调系统接入所述母线。

在一实施方式中，还包括电连接于所述直流母线的卸荷系统；所述检测所述直流母线是否正常，若所述直流母线的电压过高，则将所述卸荷系统接入所述直流母线以维持所述直流母线电压至正常范围。

在一实施方式中，还包括：所述若所述直流母线的电压过高，则所述dc控制选择器采集所述交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机的电信息，并判断出故障所在的设备，并切断所述故障所在的设备。

在一实施方式中，所述dc控制选择器还用于在不同的时间段优先选择所述太阳能光伏电池板、风力发电机之一接入所述直流母线。

在一实施方式中，还包括电连接于所述直流母线的储能电池，其用于与所述直流母线交换电能。

在一实施方式中，还包括电连接于所述直流母线的用于电连接直流负载的备用负载端口。

本发明还提出一种如上述基于共直流母线的风光储一体化空调系统的控制方法，包括：步骤s1:采集所述直流母线、交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机的电信息；步骤s2:根据所述电信息配置所述交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机，以实现所述直流母线提供的电压处于所述空调系统所需的电压范围内。

在一实施方式中，所述步骤s2包括：步骤s21：检测所述交流电网是否正常，若是，则选择所述交流电网接入所述直流母线；若否，则选择所述风力发电机或太阳能光伏电池板接入所述直流母线；步骤s22：检测所述直流母线是否正常，若是，则将所述太阳能光伏电池板、风力发电机、空调系统接入所述直流母线；或则将所述太阳能光伏电池板或风力发电机、空调系统接入所述直流母线；若所述直流母线的电压过高，则将所述卸荷系统接入所述直流母线以维持所述直流母线电压至正常范围，并判断出故障所在的设备，并切断所述故障所在的设备。

与现有技术比较，本发明具有如下优点：

在直流母线上接入交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机，通过dc控制选择器采集直流母线、交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机的电信息，并根据电信息配置所述交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机，以实现直流母线提供的电压处于空调系统所需的电压范围内，综合利用光能、风能，减少了空调系统对交流电网的依赖，系统运行更加稳定可靠。

在交流电网出现故障的情况下，优先选择风力发电机或太阳能光伏电池板其中之一接入直流母线，利用第三变流器可控直流母线的电压缓慢上升的特性，从0v开始给直流母线缓慢充电，避免了对直流母线及其负载的冲击，进一步提升了系统运行的稳定性。

通过检测直流母线电压，在直流母线电压过高时，通过卸荷系统对直流母线卸压以及切断故障所在的设备，维持直流母线电压在正常范围，进一步提升了系统运行的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中基于共直流母线的风光储一体化空调系统的示意图；

图2为本发明另一实施例中基于共直流母线的风光储一体化空调系统的示意图；

图3为本发明一实施例中基于共直流母线的风光储一体化空调系统在交流电网正常时的控制方法的示意图；

图4为本发明一实施例中基于共直流母线的风光储一体化空调系统在交流电网故障时的控制方法的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。

请参阅图1，本发明提出了一种基于共直流母线的风光储一体化空调系统，包括直流母线，电连接于直流母线的用于给直流母线提供电能的交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机，以及电连接于直流母线的空调系统，还包括dc控制选择器，其用于采集直流母线、交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机的电信息，并根据电信息配置交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机，以实现直流母线提供的电压处于空调系统所需的电压范围内。本发明综合利用了光能、风能转换为电能提供给直流母线、空调系统及其他负载，减少了空调系统及其他负载对交流电网的依赖，系统运行更加稳定可靠。

下面对上述基于共直流母线的风光储一体化空调系统的各个部分做详细说明。

在一实施例中，基于共直流母线的风光储一体化空调系统包括直流母线，以及电连接于直流母线的交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机、储能电池、卸荷系统、空调系统、备用负载端口。其中太阳能光伏电池板、风力发电机用于提供电能给直流母线，交流电网、储能电池用于提供电能给直流母线或从直流母线获取电能。空调系统、卸荷系统、备用负载端口用于使用消耗电能。

交流电网通过电连接于第一变流器后电连接于第一开关k1电连接于直流母线，用于将交流电网的交流电压转换为直流电压输送于直流母线上。第一变流器为双向ac/dc变流器，实现直流母线与交流电网之间的能量的双向流通。当直流母线的电压高于交流电网的电压时，将直流母线的电能输送于交流电网。此情况通常用于太阳能光伏电池板及/或风力发电机发电多于空调系统及其他负载所需电能的情况下，把多于的电能反馈给交流电网。当交流电网的电压高于直流母线时，将交流电网的电能输送于直流母线进而给空调系统或其他负载提供电能。此情况通常用于太阳能光伏电池板及/或风力发电机发电无法满足空调系统及其他负载所需电能的情况下，需要交流电网给直流母线补充电能。

太阳能光伏电池板用于将光能转换为电能，太阳能光伏电池板通过电连接于第二变流器后电连接于第二开关k2电连接于直流母线，将电能输送于直流母线上。第二变流器为单向dc/dc变流器。

风力发电机用于将风能转换为电能，风力发电机通过电连接于第三变流器后电连接于第三开关k3电连接于直流母线，将电能输送于直流母线上。第三变流器为单向ac/dc变流器。

储能电池通过电连接于第四变流器后电连接于第四开关k4电连接于直流母线，第四变流器为双向dc/dc变流器。储能电池用于与直流母线交换电能，以供备用。当太阳能光伏电池板及/或风力发电机发电不足或者交流电网出现故障时，启动储能电池给直流母线供电。当储能电池中电量用完后，在太阳能光伏电池板及/或风力发电机发电充足时或者交流电网正常运行时，用直流母线给储能电池充电，储能电池充满电后以供备用。

空调系统通过电连接于第五变流器后电连接于第五开关k5电连接于直流母线，第五变流器为单向ac/dc变流器，用于将直流母线的直流电压转换为空调系统所需要的交流电压。

卸荷系统通过电连接于第六开关k6电连接于直流母线，用于在直流母线发生过压故障时，及时卸荷以稳定直流母线电压。

直流母线上还电连接有用于电连接直流负载的备用负载端口。备用负载端口通过电连接于第七开关k7电连接于直流母线，以供外接直流负载备用。

上述第一开关k1至第七开关k7受控于dc控制选择器。

dc控制选择器包含有电压采集器及/或电流采集器，且分别与直流母线、第一变流器、第二变流器、第三变流器、第四变流器电连接，以采集直流母线、第一变流器、第二变流器、第三变流器、第四变流器的电压及/或电流。用于判断直流母线、交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机的电压及/或电流是否在正常范围内，以及判断储能电池的电压及/或电流及/或电量是否在预设范围内。

请参阅图3-4，具体地，dc控制选择器检测交流电网是否正常，若是，则选择交流电网接入直流母线。若否，则选择风力发电机及/或太阳能光伏电池板接入直流母线。在交流电网出现故障的情况下，优先选择风力发电机或太阳能光伏电池板其中之一接入直流母线，利用第三变流器可控直流母线的电压缓慢上升的特性，从0v开始给直流母线缓慢充电，避免了对直流母线及其负载的冲击，进一步提升了系统运行的稳定性。需要说明的是，检测交流电网是否正常可以根据交流电网的电压及/或电流信息与预设的电压及/或电流进行比较或者与空调系统及其他负载所需电压及/或电流进行比较。如果交流电网的电压及/或电流在预设的电压及/或电流范围内，则判断交流电网工作正常。如果交流电网的电压及/或电流没有在预设的电压及/或电流范围内，则判断交流电网出现故障。在其他实施例中，具体地，可以通过检测交流电网的电压及/或电流的频率、幅值、相位来判断交流电网是否工作正常。

在交流电网接入直流母线后，检测直流母线是否正常，若是，则将太阳能光伏电池板、风力发电机、空调系统接入母线。或在风力发电机接入直流母线后，检测直流母线是否正常，若是，则将太阳能光伏电池板、空调系统接入母线。需要说明的是，检测直流母线是否正常可以根据直流母线的电压及/或电流信息与预设的电压及/或电流进行比较或者与空调系统及其他负载所需电压及/或电流进行比较。如果直流母线的电压及/或电流在预设的电压及/或电流的范围内或者在空调系统及其他负载所需电压及/或电流的范围内，则判断直流母线工作正常。如果直流母线的电压及/或电流没有在预设的电压及/或电流的范围内或者没有在空调系统及其他负载所需电压及/或电流的范围内，则判断直流母线出现故障。

在交流电网接入直流母线后或在风力发电机接入直流母线后，检测直流母线的电压，若直流母线的电压过高，则将卸荷系统接入直流母线对其卸荷以维持直流母线电压至正常范围。同时，dc控制选择器根据交流电网及第一变流器、太阳能光伏电池板及第二变流器、风力发电机及第三变流器、储能电池及第四变流器的电压及/或电流，判断出故障所在的设备，并切断故障所在的设备。需要说明的是，同理于上述检测交流电网以及直流母线是否正常，判断故障所在的设备的方法也是通过检测对应设备的电压及/或电流信息并与预设的电压及/或电流进行比较或者与空调系统及其他负载所需电压及/或电流进行比较。如果对应设备的电压及/或电流在预设的电压及/或电流范围内，则判断该设备工作正常。如果对应设备的电压及/或电流没有在预设的电压及/或电流范围内，则判断该设备出现故障。在其他实施例中，具体地，可以通过检测对应设备的电压及/或电流的频率、幅值、相位来判断该设备是否工作正常。通过检测直流母线电压，在直流母线电压过高时，通过卸荷系统对直流母线卸压以及切断故障所在的设备，维持直流母线电压在正常范围，进一步提升了系统运行的稳定性。

在一优选实施例中，dc控制选择器根据交流电网及第一变流器、太阳能光伏电池板及第二变流器、风力发电机及第三变流器、储能电池及第四变流器的电压及/或电流及/或电量，判断出交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机是否故障，若交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机都出现故障，则接入储能电池接入直流母线用以供电。若储能电池的电压及/或电流及/或电量低于预设值，则控制直流母线给储能电池充电。

在一优选实施例中，dc控制选择器还用于在不同的时间段优先选择太阳能光伏电池板、风力发电机之一接入直流母线。具体地，设置在白天选择太阳能光伏电池板接入直流母线，在早晨及夜间选择风力发电机接入直流母线。

请参阅图2，在另一优选的实施例中，基于共直流母线的风光储一体化空调系统还包括通信连接于dc选择控制器的风光互补控制器，风光互补控制器还分别电连接于第二变流器及第三变流器，用于接收第二变流器及第三变流器的电压及/或电流信息，根据第二变流器及第三变流器的电压及/或电流信息协调太阳能光伏电池板与风力发电机相互配合使用接入直流母线。

在另外的可选实施例中，还设有电连接于dc选择控制器的风力传感器及光传感器。风力传感器用于检测环境中风力强度，并将环境中风力强度信息传递给dc控制选择器。光传感器用于检测环境中光照强度，并将环境中光照强度信息传递给dc控制选择器。dc控制选择器将环境中光照强度与预设光照强度比较，当环境中光照强度大于预设光照强度时，优选启动太阳能光伏电池板给直流母线供电。dc控制选择器将环境中的风力强度与预设风力强度进行比较，当环境中风力强度大于预设风力强度时，优选启动风力发电机给直流母线提供电能。当环境中光照强度大于预设光照强度且风力强度大于预设风力强度时，同时选择太阳能光伏电池板和风力发电机给直流母线提供电能。此时检测储能电池的电量是否不足，如果储能电池电量不足，则控制直流母线给储能电池充电。如果储能电池电量充足，则控制直流母线将多余的电能反馈给交流电网。当环境中光照强度不大于预设光照强度且风力强度不大于预设风力强度时，检测储能电池电量是否充足。若储能电池电量充足，则控制储能电池给直流母线供电。若储能电池电量不足，则控制交流电网给直流母线供电。本实施例通过设置风力传感器及光传感器，根据风力强度及光照强度合理配置太阳能光伏电池板、风力发电机、储能电池、交流电网的接入状态，以适用于不同天气环境下，系统能够正常运行，进一步提升了系统运行的稳定性。

请参阅图3-4，本发明还提出一种应用于上述基于共直流母线的风光储一体化空调系统的控制方法，包括：步骤s1:采集直流母线、交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机的电信息；步骤s2:根据电信息配置交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机，以实现直流母线提供的电压处于空调系统所需的电压范围内。需要说明的是，电信息包括电压及/或电流信息。

在一优选实施例中，步骤s2包括：

步骤s21：检测交流电网是否正常，若是，则选择交流电网接入直流母线（图3）；若否，则选择风力发电机或太阳能光伏电池板接入直流母线（图4）。

需要说明的是，检测交流电网是否正常可以根据交流电网的电压及/或电流信息与预设的电压及/或电流进行比较或者与空调系统及其他负载所需电压及/或电流进行比较。如果交流电网的电压及/或电流在预设的电压及/或电流范围内，则判断交流电网工作正常。如果交流电网的电压及/或电流没有在预设的电压及/或电流范围内，则判断交流电网出现故障。在其他实施例中，具体地，可以通过检测交流电网的电压及/或电流的频率、幅值、相位来判断交流电网是否工作正常。

步骤s22：检测直流母线是否正常，若是，则将太阳能光伏电池板、风力发电机、空调系统接入母线或则将太阳能光伏电池板、空调系统接入直流母线；若直流母线电压过高，则将卸荷系统接入直流母线以维持直流母线电压至正常范围，并判断出故障所在的设备，并切断故障所在的设备。

需要说明的是，检测直流母线是否正常可以根据直流母线的电压及/或电流信息与预设的电压及/或电流进行比较或者与空调系统及其他负载所需电压及/或电流进行比较。如果直流母线的电压及/或电流在预设的电压及/或电流的范围内或者在空调系统及其他负载所需电压及/或电流的范围内，则判断直流母线工作正常。如果直流母线的电压及/或电流没有在预设的电压及/或电流的范围内或者没有在空调系统及其他负载所需电压及/或电流的范围内，则判断直流母线出现故障。同理于上述检测交流电网以及直流母线是否正常，判断故障所在的设备的方法也是通过检测对应设备的电压及/或电流信息并与预设的电压及/或电流进行比较或者与空调系统及其他负载所需电压及/或电流进行比较。如果对应设备的电压及/或电流在预设的电压及/或电流范围内，则判断该设备工作正常。如果对应设备的电压及/或电流没有在预设的电压及/或电流范围内，则判断该设备出现故障。在其他实施例中，具体地，可以通过检测对应设备的电压及/或电流的频率、幅值、相位来判断该设备是否工作正常。

与现有技术比较，本发明具有如下优点：

在直流母线上接入交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机，通过dc控制选择器采集直流母线、交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机的电信息，并根据电信息配置交流电网、太阳能光伏电池板、风力发电机，以实现直流母线提供的电压处于空调系统所需的电压范围内，综合利用光能、风能，减少了空调系统对交流电网的依赖，系统运行更加稳定可靠。

在交流电网出现故障的情况下，优先选择风力发电机或太阳能光伏电池板其中之一接入直流母线，利用第三变流器可控直流母线的电压缓慢上升的特性，从0v开始给直流母线缓慢充电，避免了对直流母线及其负载的冲击，进一步提升了系统运行的稳定性。

通过检测直流母线电压，在直流母线电压过高时，通过卸荷系统对直流母线卸压以及切断故障所在的设备，维持直流母线电压在正常范围，进一步提升了系统运行的稳定性。

通过设置风力传感器及光传感器，根据风力强度及光照强度合理配置太阳能光伏电池板、风力发电机、储能电池、交流电网的接入状态，以适用于不同天气环境下，系统能够正常运行，进一步提升了系统运行的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。