本实用新型属于光伏发电技术领域，具体涉及一种可并机光伏市电混合供电装置。
背景技术：
目前光伏发电已经大规模商用，并且已经产生不错的经济效益。但是，目前光伏发电技术主流采用并网式发电，即将光伏发的电并入电网。存在以下几个不足：
1、并入电网需要申请批准手续，比较麻烦，有些地区因为变压器负荷问题甚至不允许并网；
2、电网调度能力有限，不方便大规模光伏发电并入电网；
3、对于家用单相并网逆变存在并网功率过大容易引起三相不平衡，制约了单相并网发电功率；
4、不方便用于孤岛离网供电或电网故障停电时使用。
市场上还存在另外一种光伏供电架构，采用切换式带储能电池的离网光伏逆变器，正常使用时光伏给电池充电同时使用光伏逆变产生交流电能，当电池或光伏能量不足时切换到电网供电。同样存在以下几点不足：
1、单机功率一般都较小，不能满足6kva以上大功率使用；
2、不能同时使用太阳能和电网能量，如果用电负荷过重，会导致全部负荷切换到电网供电，这会导致太阳能闲置浪费，从而不能最大限度发挥太阳能的节能效益；
3、在负荷切换过程中如果切换时间过长易导致家用设备断电关机；
4、使用离网逆变器，由于在逆变供电时完全依赖电池组供电，需要配备的电池组和逆变器额定电流和容量往往都比较大，体积笨重价格昂贵。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种可并机光伏市电混合供电装置，以克服上述不足。
本实用新型提供的可并机光伏市电混合供电装置，其结构参见图1所示；包括：太阳能光伏发电组件阵列1，光伏充放电bms一体式控制器2，48v锂电池组3，隔离直流转脉动波电路4，脉动波转正弦波倒相电路5，防倒流电网正弦波转脉动波电路6，单片机控制调度电路7，ac220v交流电网输入端8，rs485通信接口9，ac220v交流输出负载端12；其中：
太阳能光伏发电组件阵列1连接到光伏充放电bms一体式控制器2，通过48v锂电池组3作为能量缓冲区，将不稳定的光伏能量缓冲为稳定的直流电，并输入到隔离直流转脉动波电路4，将直流电转换成隔离的脉动电波，并连接到脉动波转正弦波倒相电路5；同时另一路ac220v交流电网输入端8连接到防倒流电网正弦波转脉动波电路6，将ac220v交流电网输入端8的电网正弦波转换成脉动波，输入到脉动波转正弦波倒相电路5，最后将太阳能电能和电网电能通过单片机控制调度电路7根据实际需求调度输出到ac220v交流输出负载端12，从而实现太阳能光伏发电组件阵列1的太阳能与220v电网输入端8的电网能源的混合调度供应。
所述太阳能光伏发电组件阵列1，用于将太阳光能转换成电能；具体包括若干块标准370w高效单晶硅或多晶硅光伏组件组成，通过组合串并联组成多串多并（即多行多列），构成一个大的光伏阵列。光伏组件的数量和功率，根据实际使用需要确定；比如，光伏组件为12块标准370w的，可组成2串6并；最大功率点工作电压为60v，最大输出功率为4.4kw。又如，光伏组件为8块标准370w的，可组成2串4并，输出功率约为2.96kw。
所述48v锂电池组3，用于缓冲因光照波动导致太阳能的能量不稳定性；48v锂电池组一般采用14串3.6v或16串3.2v锂电池，通过串并联组成。在锂电池组上集成有单串电压温度检测电路，用于检测单串锂电池的温度和电压，并通过无线通信传输温度和电压数据。
所述光伏充放电bms一体式控制器2，是一种集成单串锂电池无线电压和温度采样的光伏充放电保护控制器，用于无线采集锂电池组中由单串电压温度检测电路检测到单串电池的电压和温度，并控制48v锂电池组3的过充、过放、过流和温度保护。由于系统中有48v锂电池组3，必须对锂电池单串过充过放保护护，以及高低温保护，避免电池工作异常导致的安全事故问题。
进一步地：
所述隔离直流转脉动波电路4，用于隔离高压和低压电气，单片机控制调度电路7通过高频开关和变压器将48v直流电变换成幅值311v100hz单极性脉动波电能。隔离直流转脉动波电路4具体采用基于氮化镓开关器件与碳化硅整流器件组成的两相交错式隔离反激变换器，通过单片机软件算法将48v直流电通过高频开关和变压器变换成100hz单极性脉动波。
所述脉动波转正弦波倒相电路5，用于单极脉动波倒相，即将隔离直流转脉动波电路4得到的100hz单极脉动波通过倒相电路变换成50hz正弦波；倒相电路具体是由4个mos管组成的h桥，通过控制h桥的开关时序来实现将100hz脉动电波倒相成50hz正弦波。
所述防倒流电网正弦波转脉动波电路6，用于将ac220v交流电网输入端8的交流电网50hz正弦波转换成100hz单极性脉动波，汇流到脉动波母线上，同时可以防止脉动波母线上的电压倒灌到电网。该防倒流电网正弦波转脉动波电路6具体是6个600v/30a大电流整流桥堆，将50hz正弦波整流成100hz脉动波。同时整流桥堆具有单向导电性，可防止太阳能逆变所产生的脉动电波倒灌到电网中，从而实现能量单向传输性。
所述单片机控制调度电路7，是通过单片机和内部运行软件（为常规技术），协调控制隔离直流转脉动波电路4、脉动波转正弦波倒相电路5、防倒流电网正弦波转脉动波电路6的能量调度，同时控制rs485通信接口输出电路工作参数9。单片机内置智能软件算法，能自动根据用电负荷来追踪电网电压的工作频率相位幅值等参数，从而控制太阳能逆变电路的输出脉动波与电网所产生的脉动波同频同相，通过调整太阳能逆变输出脉动波幅值来实现太阳能和电网能量的调度。
所述ac220v交流电网输入端8，用于当装置工作在光伏与电网混合供电时，接入到220v交流电网端；当装置工作于离网模式时可空置不使用。
所述rs485通信接口9，用于输出电路工作数据；多机工作时，可调度多套系统并机扩展使用；单机工作时，可空置不使用。
所述ac220v交流输出负载端口12，用于连接到负载端，所有的交流负载都可以并接到这个端口。
本实用新型中，所述的脉动波10为100hz脉动波波形，幅值电压220v*1.414=311v，文中所有涉及到脉动波都是基于此波形作为参考描述。
本实用新型中，所述的正弦波11为50hz交流正弦波，文中所有涉及到的50hz交流正弦波都是基于此波形作为参考描述。
本实用新型装置解决了以下几种问题：
（1）创新的加入了防倒流电网正弦波转脉动波电路6；整个系统不会将能量送入电网，所以产品等效于离网应用，无需申请并网手续，解决了电网调度能力有限导致并网难的问题；
（2）创新的加入了隔离直流转脉动波电路4，将48v直流电转幅值311v100hz脉动波，通过追踪母线脉动波的相角和幅值来实现太阳能和电网能量的混合使用及调度；实现了同时使用太阳能和电网能量，解决了离网切换逆变供电不能混合供电的问题；
（3）本装置中加入48v锂电池组3，当太阳能光照波动时仍然能保证太阳能供电能量稳定可靠，同时因为电池组在系统中仅作为能源缓冲使用，所以可选配较小的锂电池组，减小重量和体积降低成本；
（4）加入单片机控制调度电路7和rs485通信接口9，实现多套系统并机使用，可扩展功率范围大，例如单机工作功率4.5kva（参考图1的装置结构原理图），可1-3台并机为13.5kva单相220v输出（参考图2所示单相多机并联结构原理图），也可用3或6台并机为13.5-27kva三相380v输出（参考图3所示三相380v输出多机并联结构原理图）；
（5）加入48v电池组3，解决了当电网停电后用电负荷仍然可以无死区不间断正常工作，可避免一些对掉电敏感的设备停机，或因设备数据没及时保存而丢失；
（6）在夜间没有太阳，用电负荷不大时，仍然可以利用48v电池组3作为基本的照明和轻负荷能源供应，从而最小限度的使用电网能源；
（7）当用电负荷小于太阳能光伏发电组件阵列1功率时，多余部分电量可存储在48v锂电池组3中，可用于夜间无太阳能发电时用电负荷的电能供应，从而避免家用负荷较小时太阳能光伏发电闲置浪费。
有益效果
本实用新型作为一种清洁能源的太阳能发电技术的配合装置，能有效缓解人类对火力等发电技术的依赖性，加入锂电池组作为缓冲技术能最大限度稳定地输出清洁能源。当太阳光照能量严重不足时，又有电网作为稳定的混合补充，解决了当前并网发电申请并网条件受限的困难。既实现了节能环保、节省电费开销，又实现了稳定的能源供应。同时当大规模自然灾害发生时电网大规模停电或瘫痪，本装置仍可工作于纯太阳能离网供电模式，满足电网停电时家用电器的应急供电。具有重要的实用价值和经济意义。
附图说明
图1为本实用新型装置结构原理图（单机）。
图2为本实用新型装置单相输出多机并联结构原理图。
图3为本实用新型装置三相380v输出多机并联原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步描述本实用新型。
实施例1，参考图1所示。单个可并机光伏市电混合供电装置，包括：太阳能光伏发电组件阵列1，光伏充放电bms一体式控制器2，48v锂电池组3，隔离直流转脉动波电路4，脉动波转正弦波倒相电路5，防倒流电网正弦波转脉动波电路6，单片机控制调度电路7，ac220v交流电网输入端8，rs485通信接口9，ac220v交流输出负载端12；
其中，光伏组件阵列1为12块标准370w高效单晶硅或多晶硅光伏组件组成，组成2串6并；最大功率点工作电压为60v，最大输出功率为4.4kw。
48v锂电池组3，采用14串3.6v或16串3.2v锂电池，通过串并联组成。在锂电池组上集成有单串电压温度检测电路，用于检测单串锂电池的温度和电压，并通过无线通信传输温度和电压数据。
光伏充放电bms一体式控制器2，是一种集成单串锂电池无线电压和温度采样的光伏充放电保护控制器，用于无线采集锂电池组中由单串电压温度检测电路检测到单串电池的电压和温度，并控制48v锂电池组3的过充、过放、过流和温度保护。
隔离直流转脉动波电路4，用于隔离高压和低压电气，同时单片机控制调度电路7通过高频开关和变压器将48v直流电变换成幅值311v100hz单极性脉动波电能。具体采用基于氮化镓开关器件与碳化硅整流器件组成的两相交错式隔离反激变换器，通过单片机软件算法将48v直流电通过高频开关和变压器变换成100hz单极性脉动波。
脉动波转正弦波倒相电路5，用于单极脉动波倒相，即将隔离直流转脉动波电路4得到的100hz单极脉动波通过倒相电路变换成50hz正弦波；倒相电路具体是由4个mos管组成的h桥，通过控制h桥的开关时序来实现将100hz脉动电波倒相成50hz正弦波。
防倒流电网正弦波转脉动波电路6，用于将ac220v交流电网输入端8的交流电网50hz正弦波转换成100hz单极性脉动波，汇流到脉动波母线上，同时可以防止脉动波母线上的电压倒灌到电网。该防倒流电网正弦波转脉动波电路6具体是6个600v/30a大电流整流桥堆，将50hz正弦波整流成100hz脉动波。同时整流桥堆具有单向导电性，可防止太阳能逆变所产生的脉动电波倒灌到电网中，从而实现能量单向传输性。
单片机控制调度电路7，是通过单片机和内部运行软件，协调控制隔离直流转脉动波电路4、脉动波转正弦波倒相电路5、防倒流电网正弦波转脉动波电路6的能量调度，同时控制rs485通信接口输出电路工作参数9。单片机内置智能软件算法，能自动根据用电负荷来追踪电网电压的工作频率相位幅值等参数，从而控制太阳能逆变电路的输出脉动波与电网所产生的脉动波同频同相，通过调整太阳能逆变输出脉动波幅值来实现太阳能和电网能量的调度。
其中，单片机内置智能软件算法，基本原理是当单片机检测到ac220v交流输出负载端12用电负荷较轻时，单片机软件控制隔离直流转脉动波电路4输出电压略高于防倒流电网正弦波转脉动波电路6的输出电压，从而导致ac220v交流电网输入端8的电流自动降低，根据基尔霍夫电流定律原理，当ac220v交流输出负载端12的用电电流恒定时，隔离直流转脉动波电路4的输出电流将自动增大；当ac220v交流输出负载端12用电负荷继续增加到大于太阳能光伏发电组件阵列1功率时隔离直流转脉动波电路4的输出电流不会继续增加；同理根据基尔霍夫电流定律ac220v交流电网输入端8的电流将自动增加。从而实现使用实现太阳能和电网能量的调度。
单片机电网相位和电压幅值追踪的软件基本原理，单片机软件通过检测交流电网电压值，当检测到电压过零时软件计数器开始计数，直到检测到下一次电压过零后保存计数值，此时软件计数时间就是交流电周期的2倍，同时通过每10us采样8组电压数据求平均值后保存，通过本次采样电压平均值与上次采样电压平均值比较大小，求最大值，最终比较出的最大值就是电网电压的最大幅值，据此原理可检测出电网电压的工作频率相位幅值。
实施例2，参考图2所示。即本装置可用多套装置并机使用。将每套装置的rs485通信接口9连接在一起，同时将每套装置的ac220v交流输出负载端12并联实现多机并机，扩展更高功率单相ac220v/13.5kva电能输出使用。在并机时需要将所有装置的rs485通信接口9并联接在一条总线上，通过rs485通信接口来协调多机并机的功率分配和电压电流相位配置。
实施例3，参考图3所示。即将3套或6套的装置连接成三相ac380v/13.5-27kva电能输出使用，在并机时需要将所有装置的rs485通信接口9并联接在一条总线上，通过rs485通信接口来协调多机并机的功率分配和电压电流相位配置。在不需要并机的应用场景仅需单机也可正常工作。
本装置在没有220v电网地区，可以单独工作在离网模式，仅使用太阳能光伏发电组件阵列1的太阳能供电，通过太阳能光伏发电组件阵列1、光伏充放电bms一体式控制器2、48v锂电池组3、隔离直流转脉动波电路4、脉动波转正弦波倒相电路5、ac220v交流输出负载端口12，这几个部件单独工作于纯离网光伏供电模式，可以实现在没有电网能源地区实现太阳能离网供电，离网供电时ac220v交流电网输入端8可空置不使用。
本装置可用于离网和纯电网无缝切换供应模式，有电网入户地区实现ac220v交流电网输入端8电网电能与光伏组件阵列1太阳能电能混合调度使用，在用电负荷不超过1太阳能光伏发电组件阵列1输出功率时优先使用太阳能的清洁能源，同时节省电费支出。当用电负荷大于太阳能功率时，仍然优先消耗太阳能光伏清洁能源，不足功率部分，由单片机控制调度电路7控制调度电路自动从ac220v交流电网输入端8调度不足功率部分能量；当用电负荷小于太阳能发电功率时，多余部分电量可存储在48v锂电池组3中，可用于夜间无太阳能发电时工作于纯离网模式，不依赖电网实现用电负荷的电能供应，从而避免白天家用负荷较小时太阳能光伏发电闲置浪费；当纯离网模式电池能量消耗到接近不足时，单片机控制调度电路7控制调度电路自动将负荷切换到纯电网模式，保证了可靠电能供应。
1.一种可并机光伏市电混合供电装置，其特征在于，包括：太阳能光伏发电组件阵列（1），光伏充放电bms一体式控制器（2），48v锂电池组（3），隔离直流转脉动波电路（4），脉动波转正弦波倒相电路（5），防倒流电网正弦波转脉动波电路（6），单片机控制调度电路（7），ac220v交流电网输入端（8），rs485通信接口（9），ac220v交流输出负载端（12）；其中：
太阳能光伏发电组件阵列（1）连接到光伏充放电bms一体式控制器（2），通过48v锂电池组（3）作为能量缓冲区，将不稳定的光伏能量缓冲为稳定的直流电，并输入到隔离直流转脉动波电路（4），将直流电转换成隔离的脉动电波，并连接到脉动波转正弦波倒相电路（5）；同时另一路ac220v交流电网输入端（8）连接到防倒流电网正弦波转脉动波电路（6），将ac220v交流电网输入端（8）的电网正弦波转换成脉动波，输入到脉动波转正弦波倒相电路（5），最后将太阳能电能和电网电能通过单片机控制调度电路（7）根据实际需求调度输出到ac220v交流输出负载端（12），从而实现太阳能光伏发电组件阵列（1）的太阳能与ac220v交流电网输入端（8）的电网能源的混合调度供应；
其中，所述的太阳能光伏发电组件阵列（1），由若干块370w高效单晶硅或多晶硅光伏组件组成，通过组合串并联组成多串多并即多行多列，构成一个大的光伏阵列；
所述的48v锂电池组（3），由14串3.6v或16串3.2v锂电池，通过串并联组成；在锂电池组上集成有用于检测单串锂电池的温度和电压的电压温度检测电路，并通过无线通信传输温度和电压数据；
所述的光伏充放电bms一体式控制器（2），是一种集成单串锂电池无线电压和温度采样的光伏充放电保护控制器，用于无线采集锂电池组中由单串电压温度检测电路检测到单串电池的电压和温度，并控制48v锂电池组（3）的过充、过放、过流和温度保护。
2.根据权利要求1所述的可并机光伏市电混合供电装置，其特征在于，所述的隔离直流转脉动波电路（4），用于隔离高压和低压电气，同时单片机控制调度电路（7），通过高频开关和变压器将48v直流电变换成幅值311v100hz单极性脉动波电能；具体采用基于氮化镓开关器件与碳化硅整流器件组成的两相交错式隔离反激变换器，通过单片机软件算法将48v直流电通过高频开关和变压器变换成100hz单极性脉动波。
3.根据权利要求2所述的可并机光伏市电混合供电装置，其特征在于，所述的脉动波转正弦波倒相电路（5），用于单极脉动波倒相，即将隔离直流转脉动波电路（4）得到的100hz单极脉动波通过倒相电路变换成50hz正弦波；倒相电路具体是由4个mos管组成的h桥，通过控制h桥的开关时序来实现将100hz脉动电波倒相成50hz正弦波。
4.根据权利要求3所述的可并机光伏市电混合供电装置，其特征在于，所述的防倒流电网正弦波转脉动波电路（6），用于将ac220v交流电网输入端（8）的交流电网50hz正弦波转换成100hz单极性脉动波，汇流到脉动波母线上，同时防止脉动波母线上的电压倒灌到电网；该防倒流电网正弦波转脉动波电路（6）具体是6个600v/30a大电流整流桥堆，将50hz正弦波整流成100hz脉动波；同时整流桥堆具有单向导电性，可防止太阳能逆变所产生的脉动电波倒灌到电网中，从而实现能量单向传输性。
5.根据权利要求4所述的可并机光伏市电混合供电装置，其特征在于，由多套单个光伏市电混合供电装置并机组成，具体是将每套装置的rs485通信接口（9）连接在一起，同时将每套装置的ac220v交流输出负载端（12）并联，以扩展更高功率单相ac220v/13.5kva电能输出使用；并机时将所有单个装置的rs485通信接口（9）并联接在一条总线上，通过rs485通信接口（9）协调多机并机的功率分配和电压电流相位配置。
技术总结