CN102163871B - 一种多电源供电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供电系统相关技术领域，特别是一种多电源供电系统及方法，所述系统包括第一电源、第一电源整流电路、储能电路、第二电源、第二电源输出电压控制电路、单向导电电路、输出电压反馈电路和负载。本发明在负载端可以接受市电（即第一类电源）的馈电，但辅助电源（即第二类电源）比如太阳能电源、风力发电电源等不会向市电馈电，只会向负载供电，最大限度的降低对市电电网的干扰，同时有具有市电并网的便利：根据需要可以即时补充、使用市电电力。

Description

一种多电源供电系统及方法

技术领域

本发明涉及供电系统相关技术领域，特别是一种多电源供电系统及方法。

背景技术

现有的并网技术都是将辅助电源变为与交流市电同频同相的交流电，然后进行并网，交流并网技术相对复杂，同时在并网电源与市电之间的相互影响很大，若并网电源的制造质量较差就会对电网产生严重的影响，轻则电网噪音变重，重则影响电网的运行安全。

同时对于太阳能、风力发电等即时发电装置产生的电力需要即时消费，否则会造成浪费，逆变到电网上会产生逆变的损耗。

发明内容

本发明的第一个发明目的在于提供一种多电源供电系统，以解决现有技术辅助电源与交流电源进行并网相互影响较大的技术问题。

为了实现本发明的第一个发明目的，采用的技术方案如下：

一种多电源供电系统，包括第一电源、第一电源整流电路、储能电路，第一电源、第一电源整流电路和储能电路的输入端依次连接，储能电路的输出端为负载提供工作电源，第一电源用于提供交流电网电源，经过第一电源整流电路整流为直流电，输出第一直流电；其特征在于，还包括第二电源、第二电源输出电压控制电路、单向导电电路、输出电压反馈电路，第二电源、第二电源输出电压控制电路、单向导电电路和储能电路的输入端依次连接；储能电路的输出端与输出电压反馈电路的输入端连接，所述输出电压反馈电路的输出端与第二电源输出电压控制电路的控制端连接，第二电源用于提供第二类电源，第二电源输出电压控制电路在输出电压反馈电路输出的反馈电压的控制下向储能电路输出第二直流电，所述第一电源及整流电路的输出特性为电压源型，第二电源输出电压控制电路的输出特性为电流源型。

所述第一电源整流电路还可以是无源PFC校正及整流电路的合并电路。

所述第二类电源为太阳能电池、风力发电电源或化学电池。

本发明的第二个发明目的在于提供一种多电源供电方法，以应用本发明的第一个发明目的所提供的供电系统。

为了实现本发明的第二个发明目的，采用的技术方案如下：

预设输出电压控制电路的输出电压目标值，且预设目标值大于第一电源的交流幅值电压的最大值，如果负载功率小于或等于第二电源能提供的最大功率值，则第二电源输出电压控制电路以目标值电压输出，第一电源整流电路进入反向偏置状态，停止向储能电路供电；

如果负载功率大于第二电源能提供的最大功率值，则第二电源输出电压控制电路对第二电源的最大功率点进行跟踪，输出第二电源的最大功率，输出电压控制电路的输出电压小于第一直流电的电压，第一电源整流电路退出反向偏置状态，向储能电路供电；输出电压控制电路的输出电压越低，第一电源整流电路的导通相角越大，第一电源补充的电力越多。

本发明在负载端可以接受市电（即第一类电源）的馈电，但辅助电源（即第二类电源）比如太阳能电源、风力发电电源等不会向市电馈电，只会向负载供电，最大限度的降低对市电电网的依赖，同时又具有与市电在直流侧并网的便利：根据负载功率需要可以即时补充、使用市电电力。

附图说明

附图1：本发明的原理框图；

附图2：整流电路2采用无源PFC校正及整流电流的合并电路；

附图3：第一种电流源型输出电路；

附图4：第二种电流源型输出电路；

附图5：第三种电流源型输出电路；

附图6：本发明第一个实施例的电路简图；

附图7：本发明第二个实施例的电路简图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如附图1所示：一种多电源供电系统，包括输出特性为电压源型的第一电源1（市电）及第一电源整流电路2、储能电路7（高压电解电容），第一电源1、第一电源整流电路2和储能电路7的输入端依次连接，储能电路7的输出端为负载9提供工作电源，第一电源1用于提供交流电网电源，经过第一电源整流电路2整流为直流电，输出第一直流电；还包括第二电源3、输出特性为电流源型的第二电源输出电压控制电路4、单向导电电路6、输出电压反馈电路5，第二电源3、第二电源输出电压控制电路4、单向导电电路6和储能电路7的输入端依次连接；储能电路7的输出端与输出电压反馈电路5的输入端连接，所述输出电压反馈电路5的输出端与第二电源输出电压控制电路4的控制端连接，第二电源3用于提供第二类电源,第二类电源3可以采用太阳能电池、风力发电电池、燃料电池或化学电池等，第二电源输出电压控制电路4在输出电压反馈电路5输出的反馈电压的控制下向储能电路7输出第二直流电。所述第一电源整流电路2还可以是无源PFC校正及整流电流的合并电路（如图2所示）。

控制方法如下：预设输出电压控制电路4的输出电压目标值，且目标值大于第一电源1的交流幅值电压的最大值，如果负载功率小于或等于第二电源3能提供的最大功率值，则第二电源3的输出电压控制电路4以目标值电压输出，第一电源整流电路2进入反向偏置状态，停止向储能电路供电；

如果负载功率大于第二电源能提供的最大功率值，则第二电源输出电压控制电路4对第二电源3的最大功率点进行跟踪，输出第二电源的最大功率，输出电压控制电路4的输出电压小于第一直流电的电压，第一电源整流电路2退出反向偏置状态，向储能电路7供电；输出电压控制电路4的输出电压越低，第一电源整流电路2的导通相角越大，第一电源1补充的电力越多。

例如，当第二电源3的输出功率大于负载需求功率，输出电压控制单元4通过输出电压反馈单元5的反馈信息，控制输出电压为预设目标值，目标值高于第一电源交流幅值的最大值，使得第一电源整流电路2反向偏置，处于截止状态，第一电源（市电）断开；

当第二电源3的输出电力变小，输出电压控制单元4处于最佳占空比控制阶段，输出功率达到最大状态，若仍不能完全满足负载9的功率需求，即第二电源3输出功率小于负载9的消耗功率，由于输出负载变重使得输出电压控制单元4的输出电压会下降，输出电压达到第一电源的电压峰值以下，使得第一电源整流电路2处于部分相角处于导通状态，使得不足的电功率由第一电源1处得到补充；

当第二电源3的输出电力与负载9的电力需求差距越大时，输出电压控制单元4始终处于最大功率输出状态，而输出直流电压也将越来越低，使得第一电源整流电路2的导通相角越来越大，第一电源补充的电力就越来越多；

当第二电源3的输出电力为零时，将全部由第一电源1提供电力，输出的直流电压由第一电源1确定；

当第二电源3的电力输出开始恢复时，此时输出电压控制单元4将输出功率置于最大功率输出状态，由于输出电压控制单元4的输出特性为电流源型的，故只要有电力输出就会完全输送到储能电路7上，推高储能电路7上的输出电压，进而使得第一电源整流电路2的导通相角减少，第一电源1提供的电力自动减少；

当第二电源3的输出电力变大或负载9变小时，由于输出电压控制单元4的输出特性为电流源型输出，使得储能电路上的电压进一步上升，第一电源整流电路2的导通相角进一步减小，第一电源1提供的电力进一步减小；但输出电压控制单元4输出电压仍然低于目标值；

当第二电源3的输出电力增大到与负载9的需求一致时，输出电压控制单元4输出电压达到目标值，使第一电源整流电路2进入反向偏置状态，第一电源1停止提供电力；

输出电压反馈单元5的反馈电压与目标值始终进行比较，若输出电压达到目标值，则输出电压控制单元4将按照恒定输出电压方式工作，若输出电压低于目标值，则输出电压控制单元4将按照最大输出功率的方式工作。

输出电压控制电路4的输出特性为BOOST电路、或其他类型的电流源型输出电路，这类输出电路的一个显著特点是：输出电压可以达到与其输出相并联的任何电压值，使得输出的电压在较小的功率时也可以达到输出高压电压值之上。典型的电流源型输出电路及工作原理示意图如附图3、图4、图5所示：附图3所示的是电流源的基本原理示意图，电容E31上无论电压Vo的电压值是多少，电流源都会向电容E31充电；附图4是BOOST电路示意图，当三极管Q41导通后，对电感L41充电，当三极管Q41关闭后，电感L41中的电能量就变成电流源二极管D1向电解电容E41放电，直到电感中的能量被放完或三极管Q41再次导通；附图5是回扫式电路示意图，当三极管Q51导通时，电容E51上存储的电能（也可以是其他形式的电源）向变压器的初级电感充电，变压器存储能量，当三极管Q51关闭后，变压器通过次级、二极管D53向电解电容E53放电，直到变压器中的电能都放完或三极管Q51再次导通；还有其他形式的电流源型的电路结构，但工作原理都是类似的，最关键的是其输出特性都一样——向负载释放电流时与负载的电压值无关。

该控制算法实现了第二电源3（替代能源）的电力被优先使用、不足的电力需求由市电补充的特殊功能，同时市电的切入与退出都可以做到自动及无缝隙。

第一个实施例原理框图见附图6所示，市电电网601连接到市电整流电路603，将交流电转换为直流电输出到滤波电容E62上。

太阳能电池阵列604（即第二电源）将阳光转换为电能，输送到储能电容E61上，同时太阳能电池电压检测电路610检测太阳能电池阵列604的输出电压，并将电压检测值传送到MCU主控电路；太阳能电池电流检测电路612串接在太阳能电池的负极性输出线上（也可以串接在正极性输出线上），检测太阳能电池的输出电流值，并将电流检测值传送到MCU主控电路；电感L、IGBT管S61、二极管D61（即单向导电电路6）构成了典型的BOOST电路，IGBT管S61的控制极（基极）通过驱动电路613受MCU主控电路控制；输出二极管D61的阴极与电解电容E62连接，即：其输出与市电整流电路603相并联。输出电压反馈电路605检测输出的直流高压电压值，并将检测结构传送到MCU主控电路，完成输出电压的反馈功能。MCU主控电路随时监控太阳能电池阵列604的输出电压极及负载侧的滤波电容E62上的输出直流高压电压值：

当太阳能电池阵列604的输出功率满足负载609的需求时，输出电压会达到预设阈值，该预设阈值高于市电的交流峰值电压最大值，使得市电整流电路603处于反向偏置状态，市电不向负载供电；

当太阳能变弱时，其输出功率不能满足负载609的需求，输出电压就会被负载拉低，低于目标值，当输出电压达到使市电整流电路603满足正向偏置的时候，市电开始向负载609供电；此时由于MCU主控单元处于最大输出功率的控制状态，太阳能电力会全部输向负载609；当太阳能的光强进一步变弱时，使得通过电感L、IGBT管S61、二极管D61向负载输出的电功率下降，负载端的直流电压会下降得更多，从而使得市电的导通角度变得更大，市电会有更多的能量补充进来，此时太阳能电池同样工作在最大功率点处；而当太阳能再次变强时，使得通过电感L、IGBT管S61、二极管D61向负载输出的电功率上升，使得负载端在滤波电容E62上的直流高压会抬升，市电在整流电路603处的导通角变小，从而使得输出的电功率变小，太阳能电池工作在最大功率点处；当太阳能足够强后输出的直流高压达到目标值，市电因市电整流电路603被反向偏置而停止向负载供电。

由上面的描述可以知道，本装置及其控制方法实现了辅助电源——太阳能电池的输出直流电在经过BOOST变换后与市电的整流后的直流电直接并联，即实现了直流准并网方式，在市电及太阳能电池电力都向负载供电的情况下，实现了太阳能电力的优先使用，同时，在太阳能不足时由市电进行补充的全新功能。市电在进入及退出过程中实现的是无缝切换，对负载没有任何的冲击。

BOOST是一种比较成熟的电路，通过BOOST电路对太阳能及其他电源进行最大功率跟踪已经是比较成熟的方案，如2004年6月《电力电子技术》第38卷第3期的《基于Boost电路的光伏电池最大功率点跟踪系统》也给出了一种采用PWM控制Boost电路的占空比从而对光伏电池即太阳能电池的最大功率点进行跟踪的方法。而其他的电源型输出电路都是采用类似的方法，控制其电路的占空比即可调节输出电压从而达到对电源的最大功率点进行跟踪。

本发明的第二个实施例（图7所示）则是采用回扫式的电源型输出电路代替Boost电路，变压器T、IGBT管S71、二极管D71（即单向导电电路）构成了典型的回扫式的电源型输出电路，太阳能电池阵列704的正极与变压器T的初级电感串联，变压器T的次级电感与二极管D71连接，IGBT管S71的控制极（基极）通过驱动电路713受MCU主控电路控制；输出二极管D71的阴极与电解电容E72连接。其余与第一实施例相同。

Claims (1)

1.一种多电源供电系统的控制方法，所述多电源供电系统包括第一电源、第一电源整流电路、储能电路，第一电源和第一电源整流电路连接，第一电源整流电路的输出端和储能电路的两端连接，储能电路的两端同时与负载连接，储能电路为负载提供工作电源，第一电源用于提供交流电网电源，经过第一电源整流电路整流为直流电，输出第一直流电；其特征在于，还包括第二电源、第二电源输出电压控制电路、单向导电电路、输出电压反馈电路，第二电源、第二电源输出电压控制电路、单向导电电路和储能电路依次连接；储能电路的输出端与输出电压反馈电路的输入端连接，所述输出电压反馈电路的输出端与第二电源输出电压控制电路的控制端连接，第二电源用于提供第二类电源，第二电源输出电压控制电路在输出电压反馈电路输出的反馈电压的控制下向储能电路输出第二直流电，所述第一电源及第一电源整流电路的输出特性为电压源型，第二电源输出电压控制电路的输出特性为电流源型；其特征在于，预设第二电源输出电压控制电路的输出电压目标值，且预设目标值大于第一电源的交流幅值电压的最大值，如果负载功率小于或等于第二电源能提供的最大功率值，则第二电源输出电压控制电路以目标值电压输出，第一电源整流电路进入反向偏置状态，停止向储能电路供电；

如果负载功率大于第二电源能提供的最大功率值，则第二电源输出电压控制电路对第二电源的最大功率点进行跟踪，输出第二电源的最大功率，第二电源输出电压控制电路的输出电压小于第一直流电的电压，第一电源整流电路退出反向偏置状态，向储能电路供电；第二电源输出电压控制电路的输出电压越低，第一电源整流电路的导通相角越大，第一电源补充的电力越多。

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