CN103441566B - 一种市电、光伏电池和储能电池协同供电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种市电、光伏电池和储能电池协同供电系统及方法，首先获取太阳能光伏电池的最大输出功率和负载所需功率；如果最大输出功率大于负载所需功率，则启动太阳能光伏电池供电并为蓄电池组充电；如果小于启动蓄电池供电或启动市电供电。本发明将太阳能光伏电池、市电、蓄电池组作为能量源经过各自的变换器提供统一的输出标准向母线供电，各种负载通过DC-DC变换器、DC-AC变换器从母线接收能量。基于母线结构设计，能够满足供电系统中各种各样的负载，包括交流负载或直流负载，甚至电压不同的负载，因此，这种结构能够兼顾各种负载的不同供电要求，利于系统的扩展，也利于系统在不同场合下的应用，适用面广。
Description
技术领域
本发明涉及储能电池的协同供电领域，特别涉及一种市电、光伏电池和储能电池协同供电系统及方法。
背景技术
太阳能作为一种可再生能源，具有分布广泛、干净清洁资源无限等优点，是目前新能源中的重要成员。充分利用太阳能，能够减少化石燃料的使用，从而保护环境，减少污染。因此，太阳能技术受到了越来越多的关注，各种应用方式蓬勃兴起。
太阳能的利用方式与类型有很多，太阳能光伏发电是其中重要一种。但是太阳能光伏发电存在一些不足，例如随着季节或气候变化而供电情况随机性强、电力供应不稳定、供电质量差等，为了保证系统的稳定性和运行效率，必须有其他的辅助能源设备进行补充功能。目前常用方法采用市电作为补充能源，这种方法会根据光伏电池的输出、负载功率关系采取措施实现市电、光伏供电的协同供电。但是，这种方式不能保证在停电的情况下仍然能够继续供电，即不能保证供电的连续性。
因此，需要一种能够将市电、太阳能光伏电池、储能电池协同供电的系统及方法。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够将市电、太阳能光伏电池、储能电池协同供电的系统及方法。
本发明的目的之一是提出一种市电、光伏电池和储能电池协同供电系统；本发明的目的之二是提出一种市电、光伏电池、储能电池协同供电方法。
本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的一种市电、光伏电池和储能电池协同供电系统，包括太阳能光伏电池、蓄电池组、市电接入端、中央控制器、太阳能DC-DC变换器、蓄电池组DC-DC变换器、功率校正器PFC、母线；
所述太阳能光伏电池通过太阳能DC-DC变换器与母线供电连接；
所述蓄电池组通过蓄电池组DC-DC变换器与母线供电连接；
所述市电接入端通过功率校正器PFC与母线供电连接；
所述中央控制器分别与太阳能光伏电池、蓄电池组、市电接入端连接，所述中央控制器用于通过获取太阳能光伏电池的放电状态、蓄电池组剩余电量状态以及负载功率大小并进行比较后对太阳能光伏电池、蓄电池组、市电接入端的切换过程进行控制。
进一步，还包括蓄电池组充电电路、蓄电池组电压检测装置、太阳能光伏电池电压电流检测装置、MPPT控制模块、第一启动继电器、第二启动继电器；
所述蓄电池组充电电路，用于为蓄电池组充电；
所述蓄电池组电压检测装置，用于检测蓄电池组的开路电压值并将开路电压值输入到中央控制器中；
所述太阳能光伏电池电压电流检测装置，用于检测太阳能光伏电池的电流和电压值；
所述MPPT控制模块，用于获取太阳能光伏电池的最大输出功率Po并将最大输出功率Po输入到中央控制器中；
所述第一启动继电器，用于从中央控制器中接收控制命令并连接蓄电池组与负载的供电电路；
所述第二启动继电器，用于从中央控制器中接收控制命令并连接功率校正器PFC与母线。
进一步，所述中央控制器包括系统初始化模块、负载功率检测模块、第一判断模块、第二判断模块、太阳能光伏电池供电启动模块；
所述中央控制器包括系统初始化模块，用于初始化控制系统；
所述负载功率检测模块，用于获取负载所需功率Pload；
所述第一判断模块，用于判断最大输出功率Po是否大于负载所需功率Pload；
所述第二判断模块，用于判断剩余容量是否大于蓄电池组容量阈值；
所述太阳能光伏电池供电启动模块，用于接收从太阳能光伏电池电压电流检测装置输出的太阳能光伏电池的电流和电压值，并产生PWM波开关信号输入到MPPT控制模块。
进一步，所述功率校正器PFC采用BoostPFC控制电路。
进一步，所述太阳能DC-DC变换器采用两级式DC-DC变换器电路。
本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的一种市电、光伏电池和储能电池协同供电系统的协同供电方法，包括以下步骤：
S1：初始化控制系统；
S2：获取太阳能光伏电池的输出电压与电流，采用基于扰动法的MPPT控制方法得到太阳能光伏电池的最大输出功率Po；
S3：获取负载所需功率Pload；
S4：判断最大输出功率Po是否大于负载所需功率Pload，如果是，则启动太阳能光伏电池供电，并为蓄电池组充电；
S5：如果否，则检测蓄电池组的剩余容量，判断剩余容量是否大于蓄电池组容量阈值，如果是，则启动蓄电池供电；
S6：如果否，则接入市电为蓄电池组进行充电，同时启动市电供电。
进一步，所述MPPT控制方法具体步骤如下：
S21：采样太阳能光伏电池的输出电压与电流并计算得到当前输出功率P1；
S22：在初始输出电压V的基础上增加扰动电压ΔV，形成扰动参考输出电压V+ΔV，再测量扰动功率值，并将扰动功率值与扰动之前功率值进行比较，如果扰动功率值增加，则表示参考电压扰动方向正确，继续保持原来的扰动；
S23：如果扰动功率值减小，则表示参考电压扰动方向有误，需要朝相反方向扰动；
S24：产生控制信号作用于控制器，往复执行上述步骤直到找到最大输出功率Po。
进一步，所述蓄电池组的蓄电池组容量阈值是通过测量开路电压获得的蓄电池组容量的65-75％的剩余电量。
本发明的优点在于：本发明将太阳能光伏电池、市电、蓄电池组作为能量源经过各自的变换器提供统一的输出标准向母线供电，各种负载通过DC-DC变换器、DC-AC变换器从母线接收能量。基于母线结构设计，能够满足供电系统中各种各样的负载，包括交流负载或直流负载，甚至电压不同的负载，因此，这种结构能够兼顾各种负载的不同供电要求，利于系统的扩展，也利于系统在不同场合下的应用，适用面广。
根据负载用电情况和太阳能电池的输出情况，在中央控制器在协调控制下，完成三种能量源的供能切换。控制系统由蓄电池进行供电，保证整个系统即使在太阳能电池及市电均无法正常工作情况下。实现最大限度的利用太阳能，使三类电源能够协同工作向负载提供稳定的电能，同时保证在停电的情况下能够保证系统持续工作所需时间，而且能够有效的对不稳定电网进行隔离和缓冲，提高硬件设备的使用寿命。达到节省电力资源，节约电费的目的。
本发明提供的协调供电系统结合市电、光伏电池，能够满足不同负载的供电需求，在节约电能的同时，还具有供电稳定、不间断供电的特性。
本发明提供的协调供电以太阳能供电为优先模式，以太阳能供电为主，在夜晚或者阴雨天等光照不足情况下适当进行市电补充供电，蓄电池作为后备储能电源，能够存储多余的太阳能电能，在光能不足时补充功能，并在市电及太阳能电池均不能正常供电的情况下保证不间断供电。在正常情况下市电、蓄电池绝大部分时间与系统完全物理隔离，市电的不稳定及停电状态不影响系统的稳定供电，需要市电供电时，启动PFC功率校正电路对系统供电。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为系统整体框架示意图；
图2为平均电流控制方式下BoostPFC控制电路图；
图3为两级式DC-DC变换器主电路图；
图4为控制电路原理图；
图5为整体控制流程图；
图6为MPPT控制流程；
图7为蓄电池充放电控制流程；
图8为市电接入控制流程；
图9为蓄电池组剩余电量状态情况1时切换过程；
图10为蓄电池组剩余电量状态情况2时切换过程；
图11为蓄电池组剩余电量状态情况3时切换过程；
图12为蓄电池组剩余电量状态情况4时切换过程；
图13为蓄电池组剩余电量状态情况5时切换过程。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
实施例1
图1为系统整体框架示意图，如图所示：本发明提供的一种市电、光伏电池和储能电池协同供电系统，包括太阳能光伏电池、蓄电池组、市电接入端、中央控制器、太阳能DC-AC变换器、蓄电池组DC-DC变换器、功率校正器PFC、母线；
所述太阳能光伏电池通过太阳能DC-DC变换器与母线供电连接；
所述蓄电池组通过蓄电池组DC-DC变换器与母线供电连接；
所述市电接入端通过功率校正器PFC与母线供电连接；
所述中央控制器分别与太阳能光伏电池、蓄电池组、市电接入端连接，所述中央控制器用于通过获取太阳能光伏电池的放电状态、蓄电池组剩余电量状态以及负载功率大小并进行比较后对太阳能光伏电池、蓄电池组、市电接入端的切换过程进行控制。
还包括蓄电池组充电电路、蓄电池组电压检测装置、太阳能光伏电池电压电流检测装置、MPPT控制模块、第一启动继电器、第二启动继电器；
所述蓄电池组充电电路，用于为蓄电池组充电；
所述蓄电池组电压检测装置，用于检测蓄电池组的开路电压值并将开路电压值输入到中央控制器中；
所述太阳能光伏电池电压电流检测装置，用于检测太阳能光伏电池的电流和电压值；
所述MPPT控制模块，用于获取太阳能光伏电池的最大输出功率Po并将最大输出功率Po输入到中央控制器中；
所述第一启动继电器，用于从中央控制器中接收控制命令并连接蓄电池组与负载的供电电路；
所述第二启动继电器，用于从中央控制器中接收控制命令并连接功率校正器PFC与母线。
所述中央控制器包括系统初始化模块、负载功率检测模块、第一判断模块、第二判断模块、太阳能光伏电池供电启动模块；
所述中央控制器包括系统初始化模块，用于初始化控制系统；
所述负载功率检测模块，用于获取负载所需功率Pload；
所述第一判断模块，用于判断最大输出功率Po是否大于负载所需功率Pload；
所述第二判断模块，用于判断剩余容量是否大于蓄电池组容量阈值；
所述太阳能光伏电池供电启动模块，用于接收从太阳能光伏电池电压电流检测装置输出的太阳能光伏电池的电流和电压值，并产生PWM波开关信号输入到MPPT控制模块。
所述功率校正器PFC采用BoostPFC控制电路。
所述太阳能DC-DC变换器采用两级式DC-DC变换器电路。
图5为整体控制流程图，如图所示：本发明提供的实施例还提供了一种市电、光伏电池和储能电池协同供电系统的协同供电方法，包括以下步骤：
S1：初始化控制系统；
S2：获取太阳能光伏电池的输出电压与电流，采用基于扰动法的MPPT控制方法得到太阳能光伏电池的最大输出功率Po；
S3：获取负载所需功率Pload；
S4：判断最大输出功率Po是否大于负载所需功率Pload，如果是，则启动太阳能光伏电池供电，并为蓄电池组充电；
S5：如果否，则检测蓄电池组的剩余容量，判断剩余容量是否大于蓄电池组容量阈值，如果是，则启动蓄电池供电；
S6：如果否，则接入市电为蓄电池组进行充电，同时启动市电供电。
所述MPPT控制方法具体步骤如下：
S21：采样太阳能光伏电池的输出电压与电流并计算得到当前输出功率P1；
S22：在初始输出电压V的基础上增加扰动电压ΔV，形成扰动参考输出电压V+ΔV，再测量扰动功率值，并将扰动功率值与扰动之前功率值进行比较，如果扰动功率值增加，则表示参考电压扰动方向正确，继续保持原来的扰动；
S23：如果扰动功率值减小，则表示参考电压扰动方向有误，需要朝相反方向扰动；
S24：产生控制信号作用于控制器，往复执行上述步骤直到找到最大输出功率Po。
所述蓄电池组的蓄电池组容量阈值是通过测量开路电压获得的蓄电池组容量的65-75％的剩余电量。
本实施例通过的协同供电系统以太阳能供电为优先模式，以太阳能供电为主，在夜晚或者阴雨天等光照不足情况下适当进行市电补充供电，蓄电池作为后备储能电源，能够存储多余的太阳能电能，在光能不足时补充功能，并在市电及太阳能电池均不能正常供电的情况下保证不间断供电。在正常情况下市电、蓄电池绝大部分时间与系统完全物理隔离，市电的不稳定及停电状态不影响系统的稳定供电，需要市电供电时，启动PFC功率校正电路对系统供电。
由于供电系统面向的负载各种各样，既有交流，也有直流，而且所需电压不同，因此，这个设计采用基于母线结构设计。这种结构能够兼顾各种负载的不同供电要求，利于系统的扩展，也利于系统在不同场合下的应用，适用面广。太阳能光伏电池、市电、蓄电池组作为能量源经过各自的变换器提供统一的输出标准向母线供电，各种负载通过DC-DC变换器、DC-AC变换器从母线接收能量。控制器作为系统的核心，根据负载用电情况和太阳能电池的输出情况，完成三种能量源的供能切换。控制系统由蓄电池进行供电，保证整个系统即使在太阳能电池及市电均无法正常工作情况下。整个系统由太阳能光伏电池、中央控制器、DC-AC变换器、功率校正器PFC、蓄电池组、充电电路组成。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：
本实施例将结合图1对本发明各个关键部分进行详细描述。图1、4中的虚线表示从中央控制器发出的PWM波开关控制信号，图1主要由①市电供电部分相当于实施例1中的市电接入端、功率校正器PFC，②太阳能光伏电池供电部分相当于实施例1中的太阳能光伏电池、太阳能光伏电池电压电流检测装置、MPPT控制模块，③蓄电池供电部分相当于实施例1中的蓄电池组及蓄电池组DC-AC变换器、蓄电池组充电电路、蓄电池组电压检测装置，④控制部分相当于实施例1中的中央控制器四个部分组成。
(一)市电供电部分
市电作为补充能源，需要将220VAC的单相市电整流后接到直流母线，而传统的AC-DC电路输入端谐波电流会给电网带来严重的谐波污染，使输入端功率因素降低。为了抑制谐波污染，提高电网的电能质量，同时提高输入端功率因素，以达到节能的效果，需要采用PFC变换器。常用的BoostPFC的输出电压通常为380V-400V，
PFC输出电压本来越高越好，这样可以降低后级的DC-DC损耗，但由于器件耐压的限制，综合考虑选择380V作为PFC的输出电压，也即母线电压。
PFC技术分为无源PFC技术和有源PFC技术。有源PFC技术相对于无源PFC技术控制方式灵活，控制效果更加优良，并且能使整流电路输入端的总谐波失真(THD)小于5％。因此采用有源PFC(APFC)，其输入电流有不同的控制方法，考虑到供电系统的功率要求，这里设计了基于平均电流的控制方式。这种方法具有以下优点：(THD)和(EMI)小，对噪声不敏感、适用于大功率应用场合。所设计的控制电路如图2所示：
图2为平均电流控制方式下BoostPFC控制电路图。
图2中，这种BoostPFC变换器由误差放大器VA、乘法器M、电流误差放大器CA和PWM电路组成。电压误差放大器控制PFC的输出电压，使输出电压稳定，其输出信号与输入整流电压采样的乘积作为基准电流；高频的输入电流信号在采样后，被电流误差放大器平均化处理，电流误差放大器的输出信号与锯齿波信号比较后给开关管Q提供驱动信号，控制输入电流与输入电压同相位，并接近为正弦，从而达到功率校正的目的。
(二)太阳能光伏电池供电部分
太阳能光伏电池可以由单块光伏电池串联、并联或者串并联组合而成。在光伏电池全部并联的情况下，如果其中某一块光伏电池出现故障而开路，则其他光伏电池不会受影响，保证了系统的可靠性。因此本发明采用将光伏电池全部并联的方式组成一个光伏阵列。
目前，单块的光伏电池的输出电压较低，开路电压一般不超过50V，为了输出稳定的380V直流电，这就要求DC-DC变换器具有很高的升压比。由于本系统的升压比较大，如果采用DC-DC变换器中的Boost变换器，根据计算可知要求占空比要超过0.9。这使得Boost变换器很难设计。如果采用常用大功率的全桥直流变换器，这就要求变压器的初级绕组和次级绕组匝数比很大，匝数比大会使得变压器漏感变大，从而使得变压器的设计变难。因此，常用的单极式变换器不能很好的满足此处的设计要求，因此设计了两级式变换器。其由稳压环节和不调压的直流变压器部分组成。其中稳压环节使两级式直流变换器的输出电压保持稳定，不调压的直流变压器则起电压转换和电气隔离的作用。为了充分利用变换器和全桥直流变换器的优点，DC-DC变换器采用Boost变换器和ZVS全桥直流变换器的两级式结构。Boost变换器为稳压环节，ZVS全桥直流变换器为不调压的直流变换器。
基于上述，设计的DC-DC变换器如图3所示：
图3为两级式DC-DC变换器主电路图。
Boost变换器的输出电压越高，占空比会越大，Boost的开关管和二极管的电压应力也会越高；全桥直流变压器的升压比会降低，变压器的设计容易满足谐振电感的要求。Boost变换器的输出电压越低，占空比会越小，Boost的开关管和二极管电压应力也会降低；全桥直流变压器的升压比会升高，变压器的设计难以满足谐振电感的要求。因此，综合上述两点，Boost变换器将太阳能电池的输出电压升到100V左右，全桥直流变压器在将Boost变换器的输出电压升到380V。由于Boost变换器的输入电压和输出电压相差不大，可以使得Boost变换器的效率较高。全桥直流变换器采用移相控制可以实现开关管的软开关，并且它是开环工作，所以全桥直流变压器的效率可以达到很高。
(三)蓄电池供电部分
单块蓄电池容量小，大多数需要大容量蓄电池的场合要采用将多节蓄电池采用串并联的方式进行连接。虽然单块电池标称电压是一样的，但是实际电压值却不一样。在充电过程中，电压较低的内阻较小，得到的充电电流大，电池温升较高，温度升高导致电解液密度下降，密度降低导致电池组电压低，这是一个恶性循环，长此以往，会对电池造成损伤。因此，这里采用单块蓄电池串联的方式进行连接。
蓄电池组在整个系统中起着存储多余能量，补充供能，并保证在市电和太阳能均不能正常供电的情况下进行不间断供电的作用。为此，蓄电池必须保证低剩余容量，以保证设计的最小不间断供电时间。最低剩余容量跟蓄电池容量、负载大小、不间断供电时间三者有关。如果最低剩余容量过低，在保证一定的不间断供电时间时，需要较大容量的蓄电池组，增加了成本。如果最低容量过高，则蓄电池不能较多的存储多余能量。综合上述折中选择70％作为蓄电池组最低剩余容量。根据太阳能电池输出功率、负载大小、蓄电池剩余电量状态，存在如下三种情况：
1.太阳能电池阵列输出功率大于负载所需功率，此时多余能量由太阳能经母线给蓄电池组充电。
2.太阳能电池阵列输出功率不足以提供负载所需功率，此时优先由蓄电池组供能，当蓄电池组剩余电量低于70％时，接入市电。
3.当太阳能电池及市电均无法供能时，由蓄电池组进行单独供电，并在太阳能电池及市电恢复正常时启动充电。
在本设计中，蓄电池一部分容量起缓冲作用。当太阳能供能充足的时候，对蓄电池进行充电，此时，蓄电池存储多余的电能，当光照不足时候，则补充供电。但是，在太阳能电池和市电正常情况下，蓄电池始终保持70％的剩余电量。从而保证在市电和太阳能电池均无法工作情况下能够保证系统正常工作。
由蓄电池的输出特性可知，其输出电压与容量是存在一一对应关系的，因此，可以通过测量蓄电池组的输出电压来确定其容量。控制器可通过采样蓄电池组电压和太阳能电池输出功率，控制DC-DC变换器或充电器工作，从而完成供能与充电供能。
(四)控制部分
受天气等因素影响，太阳能光伏电池的供能状态是不确定的。为了确保系统正常供电，最大限度的利用太阳能，达到节约电能的目的，需要根据太阳能电池的放电状态，负载功率大小，蓄电池组剩余电量状态在各种供能源间完成切换。总结起来，图9为蓄电池组剩余电量状态情况1时切换过程；图10为蓄电池组剩余电量状态情况2时切换过程；图11为蓄电池组剩余电量状态情况3时切换过程；图12为蓄电池组剩余电量状态情况4时切换过程；图13为蓄电池组剩余电量状态情况5时切换过程。有如下5种情况：
情况1：当日照充足，太阳能光伏电池输出功率大于负载功率时，此时市电与蓄电池组不工作，负载所需电能完全由光伏供电部分提供，并将多余电能存储在蓄电池组中。如下所示。
情况2：当日照不足，太阳能光伏电池输出功率小于负载功率时，此时市电不工作，但是蓄电池组中剩余容量大于70％，此时负载所需电能由光伏供电和蓄电池组联合提供。如下所示。
情况3：当蓄电池持续供电到剩余电量低于70％时候，蓄电池停止工作，此时PFC工作，市电接入。负载所需电能由太阳能电池和市电提供。如下所示。
情况4：当在夜晚等没有光照的情况下，太阳能电池不工作，负载所需能量完全由市电提供。如下所示。
情况5：当市电因故障停止，而太阳能又不足以提供负载所需电能时，此时蓄电池接入工作，保证系统能够正常工作。如下所示。
根据上述几种情况，设计控制部分的原理图如下所示：
图4为控制电路原理图。
如图4所示，MCU控制器作为整个控制系统的核心，主要完成了如下工作：
(1)MCU控制器采样太阳能光伏电池的输出电压、输出电流，并基于此产生PWM波开关信号，作用于MPPT控制器，使得太阳能光伏电池输出始终处于最大功率。
(2)比较负载大小与太阳能光伏电池的输出功率，根据蓄电池状态确定是否需要对蓄电池进行充电，存储多与能量。并且在光照不足时候将释放存储的电能。
(3)对比负载大小与太阳能光伏电池的输出功率，确定是否需要接入市电。并通过波形发生器控制PFC变换器完成单相220VAC到直流380V的转换。
(4)采样蓄电池组开路电压，判断是否需要进行充电。并在市电停止、太阳能光伏电池输出功率不足以提供负载所需电能时，接入蓄电池组，通过DC-DC变换器向直流母线供能。
在检测出太阳能最大功率的前提下，然后根据输出功率、负载功率大小和电池电量状态来确定各种控制动作。基于上述，整个系统的控制流程图如6所示：
上电初始化后，系统首先检测太阳能电池的输出电压与电流，然后采用基于扰动法的MPPT技术，得到太阳能电池阵列的最大输出功率Po，若Po大于负载所需功率Pload，则此时可将多余的电能存储于蓄电池组中，因此将启动充电器。如果Po<Pload，则表明此时太阳能电池不足以提供负载所需电能，需要辅助补充能量。此时需要检测蓄电池组剩余容量，若剩余容量大于70％，表明此时蓄电池可以提供多余能量，因此启动继电器J1，接入蓄电池进行供电。如果剩余容量低于70％，因为要保证蓄电池容量大于70％，以便在市电和太阳能均无法正常供电的情况下，能够保证不间断供电所设计时间，因此此时要闭合继电器J2，接入市电进行补充供电，同时启动充电器对蓄电池充电以保证蓄电池剩余电量为70％。同时MCU控制器产生相应控制PWM波形，启动PFC电路工作，完成市电到母线电压的转换。因为光照情况一般不会发生突变，如果连续不间断的进行测量并控制，可能因为微小扰动导致误操作，因此在此处初始化时将采样次数设置为n，采样n次后对最终采集得到的结果进行滤波处理，然后根据测量结果采取不同的控制动作，以防止微小扰动引起的误动作。
图5为整体控制流程图。结合整体控制流程图，现对各个关键部分进行说明如下。
(a)MPPT控制方法
图6为MPPT控制流程。由于太阳能光伏电池的输出受光照强度和温度影响，其输出电压与电流并不是线性关系，而是存在着一个功率最大点M，而最大功率跟踪技术MPPT就是要找到太阳能电池的最大功率点。这里采用基于扰动的方法来寻找最大输出功率点。具体实现办法是在采样输出电压与电流并计算得到输出功率。先扰动参考输出电压，在测量功率变化，并与扰动之前功率值进行比较，如果功率值增加，则表示参考电压扰动方向正确，继续保持原来的扰动。如果功率值减小，则表示参考电压扰动方向有误，需要朝相反方向扰动。然后产生控制信号作用于控制器，往复执行上述步骤直到找到最大输出功率点。
(b)蓄电池充放电控制
图7为蓄电池充放电控制流程。如蓄电池供电部分设计所述，蓄电池起能量缓冲和保证不间断供电的作用。因此，需要在太阳能电池输出情况的基础上，根据蓄电池剩余电量的状态采用不同控制动作，具体流程如下所示。首先由MPPT控制得到太阳能电池的最大输出功率Po，与负载功率Pload比较，如果Po>Pload，则表明此时太阳能电池输出过剩，因此可以对蓄电池进行充电以存储多余电能。如果Po<Pload，表明此时太阳能电池不足以提供负载所需电能，此时需要额外辅助功能，此时需要根据蓄电池的剩余电量状态来判断是由市电还是蓄电池辅助供能。由蓄电池的特性可知，其开路电压与容量存在着一一对应关系，可以根据厂家给出的说明书得出开路电压与剩余容量的关系，因此，通过测量开路电压这种简易的方法可得到蓄电池的剩余容量。由于要满足保证不间断供电时间，因此需要保证蓄电池70％剩余电量。所以，要求检测蓄电池容量在70％以上才能用蓄电池作为补充供能源，小于70％则需要启动充电器进行充电。另外，在市电和太阳能电池均不能正常供电情况下，要蓄电池进行不间断供电，因此也需要在市电AD采样的基础上进行判断是否需要接入蓄电池。
(c)市电接入控制
图8为市电接入控制流程。市电作为补充供能源，只有在太阳能电池功能不足，且蓄电池剩余容量低于70％时候才接入，因此，需要在判断这两种条件是否满足后作出控制动作，详细流程如下图所示。初始化后测量光伏电池的最大输出功率和蓄电池剩余容量，当Po>Pload且剩余容量小于70％时才接入继电器J2，同时波形发生器启动驱动PFC工作，完成市电到母线电压的转换。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种市电、光伏电池和储能电池协同供电系统，其特征在于：包括太阳能光伏电池、蓄电池组、市电接入端、中央控制器、太阳能DC-DC变换器、蓄电池组DC-DC变换器、功率校正器PFC和母线；
所述太阳能光伏电池通过太阳能DC-DC变换器与母线供电连接；
所述蓄电池组通过蓄电池组DC-DC变换器与母线供电连接；
所述市电接入端通过功率校正器PFC与母线供电连接；
所述中央控制器分别与太阳能光伏电池、蓄电池组、市电接入端连接，所述中央控制器用于通过获取太阳能光伏电池的放电状态、蓄电池组剩余电量状态以及负载功率大小并进行比较后对太阳能光伏电池、蓄电池组、市电接入端的切换过程进行控制；
当太阳能电池最大输出功率大于负载所需功率时，则启动太阳能光伏电池供电，并将多余电能存储在蓄电池组中；
当太阳能电池最大输出功率小于负载所需功率时，则检测蓄电池组的剩余容量，当蓄电池组的剩余容量大于蓄电池组容量阈值，则启动蓄电池组供电，当蓄电池组的剩余容量小于蓄电池组容量阈值时，则接入市电为蓄电池组进行充电，同时启动市电供电；
还包括蓄电池组充电电路、蓄电池组电压检测装置、太阳能光伏电池电压电流检测装置、MPPT控制模块、第一启动继电器和第二启动继电器；
所述蓄电池组充电电路，用于为蓄电池组充电；
所述蓄电池组电压检测装置，用于检测蓄电池组的开路电压值并将开路电压值输入到中央控制器中；
所述太阳能光伏电池电压电流检测装置，用于检测太阳能光伏电池的电流和电压值；
所述MPPT控制模块，用于获取太阳能光伏电池的最大输出功率Po并将最大输出功率Po输入到中央控制器中；
所述第一启动继电器，用于从中央控制器中接收控制命令并连接蓄电池组与负载的供电电路；
所述第二启动继电器，用于从中央控制器中接收控制命令并连接功率校正器PFC与母线；
所述中央控制器包括系统初始化模块、负载功率检测模块、第一判断模块、第二判断模块和太阳能光伏电池供电启动模块；
所述中央控制器包括系统初始化模块，用于初始化控制系统；
所述负载功率检测模块，用于获取负载所需功率Pload；
所述第一判断模块，用于判断最大输出功率Po是否大于负载所需功率Pload；
所述第二判断模块，用于判断剩余容量是否大于蓄电池组容量阈值；
所述太阳能光伏电池供电启动模块，用于接收从太阳能光伏电池电压电流检测装置输出的太阳能光伏电池的电流和电压值，并产生PWM波开关信号输入到MPPT控制模块。
2.根据权利要求1所述的市电、光伏电池和储能电池协同供电系统，其特征在于：所述功率校正器PFC采用BoostPFC控制电路。
3.根据权利要求1所述的市电、光伏电池和储能电池协同供电系统，其特征在于：所述太阳能DC-DC变换器采用两级式DC-DC变换器电路。
4.根据权利要求1-3任一项所述的市电、光伏电池和储能电池协同供电系统的协同供电方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：初始化控制系统；
S2：获取太阳能光伏电池的输出电压与电流，采用基于扰动法的MPPT控制方法得到太阳能光伏电池的最大输出功率Po；
S3：获取负载所需功率Pload；
S4：判断最大输出功率Po是否大于负载所需功率Pload，如果是，则启动太阳能光伏电池供电，并为蓄电池组充电；
S5：如果否，则检测蓄电池组的剩余容量，判断剩余容量是否大于蓄电池组容量阈值，如果是，则启动蓄电池供电；
S6：如果否，则接入市电为蓄电池组进行充电，同时启动市电供电。
5.根据权利要求4所述的市电、光伏电池和储能电池协同供电方法，其特征在于：所述MPPT控制方法具体步骤如下：
S21：采样太阳能光伏电池的输出电压与电流并计算得到当前输出功率P1；
S22：在初始输出电压V的基础上增加扰动电压，形成扰动参考输出电压，再测量扰动功率值，并将扰动功率值与扰动之前功率值进行比较，如果扰动功率值增加，则表示参考电压扰动方向正确，继续保持原来的扰动；
S23：如果扰动功率值减小，则表示参考电压扰动方向有误，需要朝相反方向扰动；
S24：产生控制信号作用于控制器，往复执行上述步骤直到找到最大输出功率Po。
6.根据权利要求4所述的市电、光伏电池和储能电池协同供电方法，其特征在于：所述蓄电池组的蓄电池组容量阈值是通过测量开路电压获得的蓄电池组容量的65-75%的剩余电量。
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