CN104682443A - 一种基于光伏发电功能的v2g系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于光伏发电功能的V2G系统，包括电网接口、双向AC/DC变换器、双向DC/DC变换器、模式转换开关、光伏汇流箱接口、电动汽车充电端口和智能管理单元；所述V2G系统工作于电动汽车充电模式时，电网接口输入的交流电首先通过一个输入滤波环节滤除掉其他频段的杂波，然后经过所述双向AC/DC变换器整流得到直流电，经过所述双向DC/DC变换器将电压调整到适合的值并通过电动汽车充电端口输出；所述V2G系统工作于光伏并网模式时，光伏汇流箱接口收集光伏阵列装置产生的直流电能，经过所述双向DC/DC变换器将电压调整到符合逆变并网的电压等级，然后经过双向AC/DC变换器逆变并网。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于光伏发电功能的V2G系统。
背景技术
随着全球资源以及环境压力的不断增大，环境保护、节能减排和可持续性发展日益成为社会关注的问题。未来的电网必须能够提供更加安全、清洁、可靠、优质的电力供应，能够适应多种能源类型发电接入的需要，能够更加适应客户自主选择的需要。随着电动汽车产业的发展和市场保有量的增加，充电设施不完善的问题将日益加剧。一些中小城市甚至没有电动汽车充电站。因此为了电动汽车的进一步普及，大范围的推广充电桩是重中之重。
传统的公用充换电站要求包含储能装置、快速充放电机、电动汽车电池跟换装置、可能还有光伏、风能等新能源接入，建设成本高，占用城市宝贵土地资源，因此一般布点较少。因此发展家庭用电动汽车充电是一个趋势，而电动汽车充电就需要充电装置，在此基础上就可以拓展为V2G系统。
另一方面，目前越来越多的家庭屋顶都铺设有光伏发电装置，除了日常供家庭使用外，多余的电能通过逆变器上送至电网。这些逆变器通常采用单相两级式逆变器，功率范围一般在3-6千瓦。
如果既安装光伏逆变器又安装电动汽车充电桩成本明显非常大。从时间上来说，光伏装置只能白天发电，充电器一般晚上使用，所以二者是分时的，实现了分时复用的效果。从技术上来说，电动汽车充电器与家庭光伏逆变器相似，因此可通过适当的改造和设计使两者合二为一，从而降低成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供了一种太阳能光伏发电并网和电动汽车V2G服务的一体化解决方案，针对家庭用户，实现了并网和充电的双重功能。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于光伏发电功能的V2G系统，包括电网接口、双向AC/DC变换器、双向DC/DC变换器、模式转换开关、光伏汇流箱接口、电动汽车充电端口和智能管理单元；
所述光伏汇流箱接口和电动汽车充电端口通过模式转换开关与双向DC/DC变换器相连；所述模式转换开关控制光伏汇流箱接口和电动汽车充电端口中的一个与双向DC/DC变换器相连；所述双向DC/DC变换器通过双向AC/DC变换器与电网接口相连；所述智能管理单元负责各个子模块的运行与控制；
所述V2G系统工作于电动汽车充电模式时，电网接口输入的交流电首先通过一个输入滤波环节滤除掉其他频段的杂波，然后经过所述双向AC/DC变换器整流得到直流电，经过所述双向DC/DC变换器将电压调整到适合的值并通过电动汽车充电端口输出；
所述V2G系统工作于工作于光伏并网模式时，光伏汇流箱接口收集光伏阵列装置产生的直流电能，经过所述双向DC/DC变换器将电压调整到符合逆变并网的电压等级，然后经过双向AC/DC变换器逆变并网。
在一较佳实施例中：所述光伏阵列装置为多组串联的光伏电池并联组成。
在一较佳实施例中：所述双向DC/DC变换器与双向AC/DC变换器构成两极结构；两级之间并联一电容Cdc，用于维持母线电压的稳定。
在一较佳实施例中：所述双向AC/DC变换器具有一实现整流功能的全桥整流电路以及一滤除电流谐波的串联滤波电感Lac。
在一较佳实施例中：所述双向DC/DC变换器采用Buck-Boost结构。
在一较佳实施例中：所述智能管理单元为PWM驱动控制系统。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
1.实现了太阳能光伏发电并网和电动汽车充电的双重难题，解决了普通家庭用户的并网和充电的需求。同时实现了V2G功能，促进了电动汽车的发展和智能电网的建设。
2.将现有技术中各个零散的部件有机地结合在一起，使得本发明占用设备的空间少，且用户在使用时简单方便，缩短了充电机的安装时间提高了工作效率。
3.实现了太阳能、电动汽车和电网的无缝连接，满足了普通用户使用清洁能源的需求。
4.降低了用户的使用成本，有利于清洁能源的推广和使用，提高能源的有效利用率，带动了电动汽车的发展。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路连接图。
具体实施方式
下文结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
参考图1，一种基于光伏发电功能的V2G系统，包括电网接口1、双向AC/DC变换器2、双向DC/DC变换器3、模式转换开关4、光伏汇流箱接口5、电动汽车充电端口6和智能管理单元7；
所述光伏汇流箱接口5和电动汽车充电端口6通过模式转换开关4与双向DC/DC变换器3相连；所述模式转换开关4控制光伏汇流箱接口5和电动汽车充电端口6中的一个与双向DC/DC变换器3相连；所述双向DC/DC变换器3通过双向AC/DC变换器2与电网接口1相连；所述智能管理单元7负责各个子模块的运行与控制；
所述V2G系统工作于电动汽车充电模式时，电网接口1输入的交流电首先通过一个输入滤波环节滤除掉其他频段的杂波，然后经过所述双向AC/DC变换器2整流得到直流电，经过所述双向DC/DC变换器3将电压调整到适合的值并通过电动汽车充电端口6输出；
所述V2G系统工作于工作于光伏并网模式时，光伏汇流箱接口5收集光伏阵列装置产生的直流电能，经过所述双向DC/DC变换器3将电压调整到符合逆变并网的电压等级，然后经过双向AC/DC变换器2逆变并网。
所述光伏阵列装置为多组串联的光伏电池并联组成。
本实施例中：所述双向DC/DC变换器3与双向AC/DC变换器2构成两极结构；两级之间并联一电容Cdc，用于维持母线电压的稳定。所述双向AC/DC变换器具有一实现整流功能的全桥整流电路以及一滤除电流谐波的串联滤波电感Lac。所述双向DC/DC变换器采用Buck-Boost结构。所述智能管理单元7为PWM驱动控制系统。
采用上述技术方案，首先光伏阵列装置经由阳光照射产生的直流电能汇集至光伏汇流箱接口5上，光伏电池的个数可以根据充电站所需的电压、电流、功率要求和光伏电池自身的参数进行计算，使光伏电池输出的最大功率与电动汽车的充电功率相配合，节约功率电路的成本。
进一步参考图2，电容Cdc连接双向AC/DC变换器2和双向DC/DC变换器3 前后两级，起着缓冲前后两级能量转换的作用，稳定母线电压，同时还抑制电压谐波，其参数的设计对系统的稳定运行具有重要作用，通常选用容量较大的电解电容。
当工作于光伏并网状态时，双向DC-DC变换器3内部的最大功率跟踪器控制变换器的电压，保持光伏阵列装置始终最大功率输出。接着直流电能将连接到双向AC/DC变换器2的全桥整流电路。将直流电能逆变成单相的工频交流电。同时电流跟踪电网电压正弦信号，并且尽量减少并网电流谐波，实现光伏发电单相高效并网。
当工作于电动汽车充电模式时，双向AC/DC变换器2的全桥整流电路实现整流功能，串联电感Lac滤除网测电流谐波，并且具有升压功能，通过控制开关器件T1、T4和T2、T3的轮流导通，使交流电转变为直流母线所需要的380V，电容Cdc起稳压和储能作用。双向DC-DC变换器3工作于Buck模式，开关器件T5工作于正常状态，通过控制其通断时间比例来达到降压的目的，开关器件T6一直处于关断状态，Buck电路通过T6的反并联二极管D6形成电感放电回路。
在电动汽车充电时，检测电路会实时检测电动汽车动力电池的电流、电压、荷电状态等参数，当电动汽车动力电池充满电时检测电路向PWM驱动提供反馈控制信号，PWM驱动的脉冲信号由DSP芯片输出，这样在电动汽车充电完成后可以及时的关闭充电桩，以免造成资源的浪费。
双向AC-DC变换器2采用PWM驱动控制，当其工作于整流模式时，系统设计通过电流反馈控制电网输出电流为跟踪电网相位的正弦波，使整流变换工作于单位功率因数；当其工作于逆变并网模式或者V2G模式时，系统设计通过电压电流反馈双环控制并网电流为跟踪电网电压波形的正弦波，使逆变并网变换 工作于单位功率因数，尽量减少对电网的谐波污染。
双向DC-DC变换器3同样采用PWM驱动控制，当蓄电池充电时，双向DC-DC变换器3工作于Buck降压模式，系统设计通过电压电流反馈双环控制充电为定电流恒电压方式；当光伏发电并网或者V2G服务时，双向DC-DC电路根据光伏电池板的输出电压调整工作模式，保持始终跟踪太阳能电池板的最大功率跟踪点输出。
因此，本实施例提供一种基于光伏发电功能的V2G系统可以执行并网和充电的操作，所以具有两种模式的切换功能，并可容易通过本发明的模式选择按钮或命令信号自动控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于光伏发电功能的V2G系统，其特征在于：包括电网接口、双向AC/DC变换器、双向DC/DC变换器、模式转换开关、光伏汇流箱接口、电动汽车充电端口和智能管理单元；
所述光伏汇流箱接口和电动汽车充电端口通过模式转换开关与双向DC/DC变换器相连；所述模式转换开关控制光伏汇流箱接口和电动汽车充电端口中的一个与双向DC/DC变换器相连；所述双向DC/DC变换器通过双向AC/DC变换器与电网接口相连；所述智能管理单元负责各个子模块的运行与控制；
所述V2G系统工作于电动汽车充电模式时，电网接口输入的交流电首先通过一个输入滤波环节滤除掉其他频段的杂波，然后经过所述双向AC/DC变换器整流得到直流电，经过所述双向DC/DC变换器将电压调整到适合的值并通过电动汽车充电端口输出；
所述V2G系统工作于工作于光伏并网模式时，光伏汇流箱接口收集光伏阵列装置产生的直流电能，经过所述双向DC/DC变换器将电压调整到符合逆变并网的电压等级，然后经过双向AC/DC变换器逆变并网。
2.根据权利要求1所述的一种基于光伏发电功能的V2G系统，其特征在于：所述光伏阵列装置为多组串联的光伏电池并联组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于光伏发电功能的V2G系统，其特征在于：所述双向DC/DC变换器与双向AC/DC变换器构成两极结构；两级之间并联一电容Cdc，用于维持母线电压的稳定。
4.根据权利要求3所述的一种基于光伏发电功能的V2G系统，其特征在于：所述双向AC/DC变换器具有一实现整流功能的全桥整流电路以及一滤除电流谐波的串联滤波电感Lac。
5.根据权利要求3所述的一种基于光伏发电功能的V2G系统，其特征在于：所述双向DC/DC变换器采用Buck-Boost结构。
6.根据权利要求1所述的一种基于光伏发电功能的V2G系统，其特征在于：所述智能管理单元为PWM驱动控制系统。
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