CN108923520B - 一种可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源 - Google Patents

一种可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源 Download PDF

Info

Publication number
CN108923520B
CN108923520B CN201810769774.9A CN201810769774A CN108923520B CN 108923520 B CN108923520 B CN 108923520B CN 201810769774 A CN201810769774 A CN 201810769774A CN 108923520 B CN108923520 B CN 108923520B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
output
bus
signal
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810769774.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108923520A (zh
Inventor
张强
段玉
杨威
王言畅
孙维义
温剑桥
董童鹤
武保成
何昕
魏家植
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201810769774.9A priority Critical patent/CN108923520B/zh
Publication of CN108923520A publication Critical patent/CN108923520A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108923520B publication Critical patent/CN108923520B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源，包括电源主电路和电源控制电路，电源主电路包括：光伏电池、DC/DC电路1、DC/DC电路2、储能装置、输出端子1、输出端子2；电源控制电路包括：电流检测电路1、电流检测电路2、电压检测电路1、电压检测电路2、控制器1、控制器2、驱动电路1、驱动电路2、功率生成电路、分配信号生成电路、母线信号生成电路、负荷分配电路、母线1、母线2。本发明在串、并联运行时，以光伏电池最大功率和储能装置剩余容量等信息为依据，以实现光伏电池的最大能量转化和提高储能装置剩余容量利用率为目标，进而实现各个电源的自主负荷分配控制。

Description

一种可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源
技术领域
本发明涉及一种具有光伏电池和储能装置一体化结构的光储一体化电源，特别是一种在多个串联或并联运行时，可利用公共母线上的信息实现自主负荷分配控制的光储一体化电源。
背景技术
伴随着社会的发展，传统能源的问题越来越突出，这就使新型能源的利用变得尤为重要，而新能源中太阳能是最清洁又取之不尽的，于是太阳能光伏发电技术的运用更为广泛。由于光伏电池的输出具有明显的随机性和间歇性，因此目前都是将光伏电池与储能装置相结合，构成输出稳定的光储一体化电源。在实际应用时，光储一体化电源可通过串、并联运行的方式来满足负载具体的功率或电压需求。并联运行时多是采用均流或是下垂控制来实现多个电源间的负荷分配，串联运行时则尚无对应的负荷分配控制方法。对于多个光储一体化电源，无论是并联还是串联运行，由于各个光伏电池内部参数、工作条件的不同，以及储能装置剩余容量的差异等多种因素的存在，限制住了现有负荷分配控制的效果和电源系统的性能。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种在串、并联运行时，以光伏电池最大功率和储能装置剩余容量等信息为依据，以实现光伏电池的最大能量转化和提高储能装置剩余容量利用率为目标，进而实现各个电源的自主负荷分配控制的可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源。
为解决上述技术问题，一种可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源,包括电源主电路和电源控制电路，电源主电路包括：光伏电池、DC/DC电路1、DC/DC电路2、储能装置、输出端子1、输出端子2；电源控制电路包括：电流检测电路1、电流检测电路2、电压检测电路1,、电压检测电路2、控制器1、控制器2、驱动电路1、驱动电路2、功率生成电路、分配信号生成电路、母线信号生成电路、负荷分配电路、母线1、母线2；
光伏电池的输出端与DC/DC电路1的输入端相连接；DC/DC电路1的输出端与DC/DC电路2的输入端相连接；储能装置并联于DC/DC电路1的输出端；DC/DC电路2的输出正极性端和负极性端分别与输出端子1和输出端子2连接；
电流检测电路1对光伏电池的输出电流进行检测，并将检测结果传送至功率生成电路和控制器1；电压检测电路1用于对光伏电池的输出电压进行检测，并将检测结果传送至功率生成电路和控制器1；控制器1的输出端与驱动电路1的输入端连接；驱动电路1的输出端与DC/DC电路1中的电力电子器件的控制端连接；功率生成电路的输出端与分配信号生成电路的对应输入端连接；电流检测电路2对DC/DC电路2的输出电流进行检测，并将检测结果传送至分配信号生成电路和控制器2；电压检测电路2对DC/DC电路2的输出电压进行检测，并将检测结果传送至分配信号生成电路和控制器2；控制器2有一个输入端与负荷分配电路的输出端连接，控制器2的输出端与驱动电路2的输入端连接；驱动电路2的输出端与DC/DC电路2中的电力电子器件的控制端连接；储能装置将自身的剩余容量信息传送至分配信号生成电路的输入端；分配信号生成电路的输出端分别与负荷分配电路和母线信号生成电路的对应输入端相连接；母线1和母线2分别与负荷分配电路的对应输入端连接；母线信号生成电路的两个输出端分别与母线1和母线2连接。
本发明还包括：
DC/DC电路1是一种直流到直流变换的电路，将光伏电池输出的直流电压变换为另一种幅值的直流电压；
DC/DC电路2是一种直流到直流变换的电路，将DC/DC电路1输出的直流电压变换为负载所需要的幅值恒定的直流电压；
储能装置对电能进行吸收或释放，储能装置内部包含有剩余容量检测电路，并且能够将检测到的剩余容量值实时传送给分配信号生成电路；
电流检测电路1对光伏电池的输出电流进行检测，并将检测结果传递至控制器1和功率生成电路；
电流检测电路2对DC/DC电路2的输出电流进行检测，并将检测结果传递至分配信号生成电路和控制器2；
电压检测电路1对光伏电池的输出电压进行检测，并将检测结果传递至控制器1和功率生成电路；
电压检测电路2对DC/DC电路2的输出电压进行检测，并将检测结果传递至分配信号生成电路和控制器2；
控制器1根据获得的光伏电池输出电流和输出电压信息，利用最大功率跟踪算法生成能够控制DC/DC电路1实现最大功率跟踪的控制信号，并将该控制信号传递给驱动电路1；
驱动电路1将输入的控制信号进行电气隔离、功率放大处理后，形成满足DC/DC电路1中的电力电子器件驱动需求的驱动信号，并将该驱动信号传送至DC/DC电路1中的电力电子器件的控制端；
功率生成电路利用获得的光伏电池输出电流和输出电压信息，计算出当前光伏电池的输出功率，并将计算出的输出功率值传递至分配信号生成电路；
分配信号生成电路通过人机对话等方式确定当前的运行状态，包括并联运行、串联运行、单机运行，根据光伏电池的输出功率、储能装置的剩余容量、DC/DC电路2的输出电流和输出电压等信息，利用如下公式：
Figure BDA0001729959960000031
生成负荷系数KL
式中：
Io——DC/DC电路2的输出电流；
Uo——DC/DC电路2的输出电压；
P——光伏电池的输出功率；
S——储能装置的剩余容量；
Ki——电流系数，并联运行时取1，串联运行时为0；
Ku——电压系数，并联运行时取0，串联运行时为1；
Kp——功率系数，光伏电池具备光照工作条件时取1，否则为0；
Ks——容量系数，光伏电池不具备光照工作条件时取1，否则为0。
在完成负荷系数数值的计算后，分配信号生成电路以负荷系数的大小为依据，生成对应的模拟信号，并将该负荷系数模拟信号传送至负荷分配电路和母线信号生成电路；
当母线1上的模拟信号幅值小于输入的负荷系数模拟信号幅值时，将输入的负荷系数模拟信号传送到母线1上，反之则不对当前母线1上的模拟信号进行改变；
计算母线1上的模拟信号与输入的负荷系数模拟信号之间的幅值差值，当母线2上的模拟信号幅值小于该幅值差值时，将该幅值差值信号传送到母线2上，反之则不对当前母线2上的模拟信号进行改变；
负荷分配电路对母线1上的KLMAX信号和母线2上的ΔKLMAX信号进行检测，同时根据得到的负荷系数模拟信号KL，利用如下公式：
ΔU＝KLMAX-KtΔKLMAX-KL
计算出电压调节信号ΔU
公式中的Kt为调节系数，其取值范围为[0,1]，负荷分配电路在计算出电压调节信号ΔU后，将该信号传送至控制器2；
控制器2根据事先设定好的DC/DC电路2的输出参考电压Uref，以及电流检测电路2、电压检测电路2和负荷分配电路传递过来的信号，单机运行时采用稳压控制算法生成DC/DC电路2的控制信号，并将该控制信号传递给驱动电路2；串联和并联时利用负荷分配算法生成DC/DC电路2的控制信号，并将该控制信号传递给驱动电路2；
驱动电路2将输入的控制信号进行电气隔离、功率放大处理后，形成满足DC/DC电路2中的电力电子器件驱动需求的驱动信号，并将该驱动信号传送至DC/DC电路2中的电力电子器件的控制端；
母线1和母线2在多个光储一体化电源串、并联运行时实现负荷分配信息共享；
光储一体化电源与外部电路或负载通过输出端子1和输出端子2电气连接。
本发明的有益效果：
(1)电源内部包含有光伏电池和储能装置，实现了光、储结构上的有机结合、能量上的互补和控制上的统一；
(2)电源内部的光伏电池一直工作在最大功率跟踪的工况下，可有效提升光伏电池对太阳能的转化率；
(3)电源内部采用了两个DC/DC电路级联运行的结构，既实现了储能装置与光伏电池的结合，也确保了电源输出电压的稳定性和可调节性；
(4)可灵活的采用多个电源串、并联的运行形式，来提升输出功率等级，满足负载的需求；
(5)串、并联运行每一个光储一体化电源，依靠公共母线1和母线2上的信息，可以实现自主的负荷分配控制，无需增加额外的控制器；
(6)无论是串联运行还是并联运行，所设计的电源控制电路都可以实现太阳能的最大转化和储能装置剩余容量利用率的提高。
附图说明
图1为可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源的结构图；
图2母线信号生成电路。
具体实施方式
本发明所提出的光储一体化电源主要由电源主电路和电源控制电路构成。电源主电路包括：光伏电池、DC/DC电路1、DC/DC电路2、储能装置、输出端子1、输出端子2等。电源控制电路包括：电流检测电路1、电流检测电路2、电压检测电路1,、电压检测电路2、控制器1、控制器2、驱动电路1、驱动电路2、功率生成电路、分配信号生成电路、母线信号生成电路、负荷分配电路、母线1、母线2等。
本发明所提出的光储一体化电源的电路结构如图1所示，电源主电路的连接关系为：光伏电池的输出端与DC/DC电路1的输入端相连接；DC/DC电路1的输出端与DC/DC电路2的输入端相连接；储能装置并联于DC/DC电路1的输出端(即DC/DC电路2的输入端)；DC/DC电路2的输出正极性端和负极性端分别与输出端子1和输出端子2连接。电源控制电路的连接关系为：电流检测电路1用于对光伏电池的输出电流进行检测，并将检测结果传送至功率生成电路和控制器1；电压检测电路1用于对光伏电池的输出电压进行检测，并将检测结果传送至功率生成电路和控制器1；控制器1的输出端与驱动电路1的输入端连接；驱动电路1的输出端与DC/DC电路1中的电力电子器件的控制端连接；功率生成电路的输出端与分配信号生成电路的对应输入端连接；电流检测电路2用于对DC/DC电路2的输出电流进行检测，并将检测结果传送至分配信号生成电路和控制器2；电压检测电路2用于对DC/DC电路2的输出电压进行检测，并将检测结果传送至分配信号生成电路和控制器2；控制器2除了与电流检测电路2和电压检测电路2相连接的输入端外，还有一个输入端与负荷分配电路的输出端连接，控制器2的输出端与驱动电路2的输入端连接；驱动电路2的输出端与DC/DC电路2中的电力电子器件的控制端连接；储能装置将自身的剩余容量信息传送至分配信号生成电路的输入端；分配信号生成电路的输出端分别与负荷分配电路和母线信号生成电路的对应输入端相连接；母线1和母线2分别与负荷分配电路的对应输入端连接；母线信号生成电路的两个输出端分别与母线1和母线2连接。
在本发明所提出的光储一体化电源中，除了光伏电池外，其他各组成部分的作用和功能如下所述：
DC/DC电路1是一种能够实现直流到直流变换的电路，其作用是将光伏电池输出的直流电压变换为另一种幅值的直流电压；
DC/DC电路2是一种能够实现直流到直流变换的电路，其作用是将DC/DC电路1输出的直流电压变换为负载所需要的幅值恒定的直流电压；
储能装置的作用是对电能进行吸收或释放，其内部包含有剩余容量检测电路，并且能够将检测到的剩余容量值实时传送给分配信号生成电路；
电流检测电路1的作用是对光伏电池的输出电流进行检测，并将检测结果传递至控制器1和功率生成电路；
电流检测电路2的作用是DC/DC电路2的输出电流进行检测，并将检测结果传递至分配信号生成电路和控制器2；
电压检测电路1的作用是对光伏电池的输出电压进行检测，并将检测结果传递至控制器1和功率生成电路；
电压检测电路2的作用是DC/DC电路2的输出电压进行检测，并将检测结果传递至分配信号生成电路和控制器2；
控制器1的作用是根据获得的光伏电池输出电流和输出电压信息，利用最大功率跟踪算法生成能够控制DC/DC电路1实现最大功率跟踪的控制信号，并将该控制信号传递给驱动电路1；
驱动电路1将输入的控制信号进行电气隔离、功率放大等处理后，形成能够满足DC/DC电路1中的电力电子器件驱动需求的驱动信号，并将该驱动信号传送至DC/DC电路1中的电力电子器件的控制端；
功率生成电路的作用是利用获得的光伏电池输出电流和输出电压信息，计算出当前光伏电池的输出功率，并将计算出的输出功率值传递至分配信号生成电路；
分配信号生成电路的作用首先是可以通过人机对话等方式确定当前的运行状态(并联运行、串联运行、单机运行等)，其次根据光伏电池的输出功率、储能装置的剩余容量、DC/DC电路2的输出电流和输出电压等信息，利用公式(1)生成负荷系数KL
Figure BDA0001729959960000061
式中
Io——DC/DC电路2的输出电流；
Uo——DC/DC电路2的输出电压；
P——光伏电池的输出功率；
S——储能装置的剩余容量；
Ki——电流系数，并联运行时取1，串联运行时为0；
Ku——电压系数，并联运行时取0，串联运行时为1；
Kp——功率系数，光伏电池具备光照工作条件时取1，否则为0；
Ks——容量系数，光伏电池不具备光照工作条件时取1，否则为0。
公式(1)中所涉及到的四个系数，除了按照上述条件进行取值外，也可以根据具体需求来设计具体的取值方法。在单机运行(只有一个光储一体化电源单独运行)时，直接令负荷系数KL＝0。在完成负荷系数数值的计算后，分配信号生成电路以负荷系数的大小为依据，生成对应的模拟信号，并将该负荷系数模拟信号传送至负荷分配电路和母线信号生成电路；
母线信号生成电路的第一个作用是，当母线1上的模拟信号幅值小于输入的负荷系数模拟信号幅值时，将输入的负荷系数模拟信号传送到母线1上，反之则不对当前母线1上的模拟信号进行改变；第二个作用是计算母线1上的模拟信号与输入的负荷系数模拟信号之间的幅值差值，当母线2上的模拟信号幅值小于该幅值差值时，将该幅值差值信号传送到母线2上，反之则不对当前母线2上的模拟信号进行改变；
负荷分配电路的作用是对母线1上的KLMAX信号和母线2上的ΔKLMAX信号进行检测，同时根据得到的负荷系数模拟信号KL，利用公式(2)计算出电压调节信号ΔU
ΔU＝KLMAX-KtΔKLMAX-KL (2)
公式(2)中的Kt为调节系数，其取值范围为[0,1]，Kt的大小会对负荷分配效果产生一定的影响，在实际使用过程中，可根据具体的控制要求和负荷分配效果对Kt的大小进行灵活调节。负荷分配电路在计算出电压调节信号ΔU后，将该信号传送至控制器2；
控制器2的作用是根据事先设定好的DC/DC电路2的输出参考电压Uref，以及电流检测电路2、电压检测电路2和负荷分配电路传递过来的信号，采用稳压控制算法(单机运行时)或负荷分配算法(串联和并联时)，生成DC/DC电路2的控制信号，并将该控制信号传递给驱动电路2；
驱动电路2将输入的控制信号进行电气隔离、功率放大等处理后，形成能够满足DC/DC电路2中的电力电子器件驱动需求的驱动信号，并将该驱动信号传送至DC/DC电路2中的电力电子器件的控制端；
母线1和母线2的作用是在多个光储一体化电源串、并联运行时实现负荷分配信息共享；输出端子1和输出端子2的作用是用于实现光储一体化电源与外部电路或负载的电气连接。
本发明所提出的光储一体化电源在运行前，需要人为对每一个电源的分配信号生成电路进行运行模式设置，确定单机运行、串联运行、并联运行中的一种具体模式，并按照运行模式的要求将电源与外部负载连接。特别是当串联或并联运行时，还需要人为地将所有光储一体化电源的母线1都连接在一起，母线2也都连接在一起(单机运行时，母线1和母线2无需连接)。所有母线1和母线2连接在一起的光储一体化电源，其运行模式必须是完全一样的，要么都是串联，要么都是并联，不允许既有串联又有并联的情况出现。
多个光储一体化电源串联或并联运行时，由于所有电源的结构和设计参数完全一致，因此以其中的任意一个电源为例，其工作原理如下所述：
控制器1根据获得的光伏电池输出电压和电流信号，采用最大功率跟踪算法控制DC/DC电路1工作状态，实现光伏电池的最大功率跟踪控制；由于DC/DC电路1总是工作在最大功率跟踪工况下，其输出电压会不断变化，致使连接DC/DC电路1输出端与DC/DC电路2输入端的直流母线的电压发生波动，当直流母线的电压升高时储能装置充电，当直流母线的电压下降时储能装置放电，进而将直流母线电压稳定在一定范围内，同时储能装置将其剩余容量数值发送给分配信号生成电路；分配信号生成电路根据接收到的光伏电池输出功率、储能装置的剩余容量、DC/DC电路2的输出电流和电压等数据，并结合工作模式、是否具备光照条件信息，利用公式(1)计算出负荷系数的数值，并将其转化成为模拟信号传递给母线信号生成电路和负荷分配电路；当母线信号生成电路输入的负荷系数模拟信号大于母线1上的模拟信号时，母线信号生成电路将输入的负荷系数模拟信号传送到母线1上，反之则不对当前母线1上的模拟信号进行改变，同时母线信号生成电路计算母线1上的模拟信号与输入的负荷系数模拟信号之间的幅值差值，当该幅值差值大于母线2上的模拟信号时，将该幅值差值信号传送到母线2上，反之则不对当前母线2上的模拟信号进行改变；由于无论是串联还是并联，所有电源的母线1和母线2都分别连接在一起，根据母线信号生成电路的功能分析可知，母线1上的最终模拟信号必然是所有电源负荷系数中的最大值KLMAX，而母线2上的最终模拟信号必然是所有电源负荷系数中的最大值与最小值的差值ΔKLMAX；负荷分配电路利用分别从母线1和母线2上得到的KLMAX信号和ΔKLMAX信号，以及分配信号生成电路传送来的自身负荷系数KL信号，利用公式(2)计算出电压调节信号ΔU，并将该电压调节信号发送至控制器2；控制器2根据设定好的输出参考电压Uref，以及从外部获得的电压调节信号ΔU、DC/DC电路2的输出电流Io和输出电压Uo信号，采用负荷分配控制算法控制DC/DC电路2的输出电压；由于所有串联或并联运行的光储一体化电源都是从母线1和母线2上获得相同的信息，因此在各自控制器2的负荷分配控制算法的控制下，最终所有光储一体化电源的负荷系数KL相等或近似相等，即实现了光伏电池的最大能量转化和提高储能装置剩余容量利用率的目标。
不同运行模式下，基于公式(1)的计算式，所有光储一体化电源的负荷系数KL相等或近似相等的含义如下：
(1)并联运行(Ki＝1，Ku＝0)模式下，在具备光照工作条件时(Kp＝1，Ks＝0)，如果各个电源中光伏电池的输出最大功率都相同，则各个电源所承担的负荷也都相同，此时为均流控制(并联运行时输出电压基本一致，所承担负荷的变化即为输出电流的变化)；如果由于阴影遮挡、内部损坏等原因致使各个电源中光伏电池的输出最大功率不同，则按照电源中光伏电池输出最大功率的值来实现负荷分配，即光伏电池输出最大功率大的电源所承担的负荷(即输出电流)按比例增加，光伏电池输出最大功率小的电源所承担的负荷按比例减少。
(2)并联运行(Ki＝1，Ku＝0)模式下，在不具备光照工作条件时(Kp＝0，Ks＝1)，如果各个电源中储能装置的剩余容量都相同，则各个电源所承担的负荷也都相同，此时为均流控制；如果由于储能器件失效、内部损坏等原因致使各个电源中储能装置的剩余容量不同，则按照储能装置剩余容量的大小来实现负荷分配，即储能装置剩余容量大的电源所承担的负荷按比例增加，储能装置剩余容量小的电源所承担的负荷按比例减少。
(3)串联运行(Ki＝0，Ku＝1)模式下，在具备光照工作条件时(Kp＝1，Ks＝0)，如果各个电源中光伏电池的输出最大功率都相同，则各个电源所承担的负荷(即输出功率)也都相同，此时为均压控制(串联运行时输出电流相同，所承担负荷的变化即为输出电压的变化)；如果由于阴影遮挡、内部损坏等原因致使各个电源中光伏电池的输出最大功率不同，则按照电源中光伏电池输出最大功率的值来实现负荷分配，即光伏电池输出最大功率大的电源所承担的负荷(即输出电压)按比例增加，光伏电池输出最大功率小的电源所承担的负荷按比例减少。
(4)串联运行(Ki＝0，Ku＝1)模式下，在不具备光照工作条件时(Kp＝0，Ks＝1)，如果各个电源中储能装置的剩余容量都相同，则各个电源所承担的负荷也都相同，此时为均压控制；如果由于储能器件失效、内部损坏等原因致使各个电源中储能装置的剩余容量不同，则按照储能装置剩余容量的大小来实现负荷分配，即储能装置剩余容量大的电源所承担的负荷按比例增加，储能装置剩余容量小的电源所承担的负荷按比例减少。
为了满足实际需求，可能出现多个光储一体化电源既有串联连接又有并联连接的情况，例如先串联连接满足电压需求再并联满足电流需求，或者先并联满足电流需求再串联连接满足电压需求等情况，此时可以将同一条支路上的所有电源的母线1和母线2分别连接在一起，进而采取相应的负荷分配控制。不同支路上的电源不能进行母线连接。
当只有一个光储一体化电源，即单机运行时，由于负荷系数KL等于0，因此母线1上的KLMAX信号、母线2上的ΔKLMAX信号以及电压调节信号ΔU均都为0，此时控制器2根据设定好的输出参考电压Uref，以及从外部获得的DC/DC电路2的输出电流Io和输出电压Uo信号，采用恒压控制算法，控制DC/DC电路2的输出电压最终等于输出参考电压。
当出现无法利用公式(1)和公式(2)对光储一体化电源进行有效控制的情况时，例如光伏电池失效、储能装置充放电达到极限等情况，可采用对公式(1)和公式(2)进行改进的方法来维持光储一体化电源的运行，或者采用退出运行的方法来确保电源的安全性。
本发明提出的串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源，其电源主电路中光伏电池可根据设计容量、电压等指标，选用现有的相应型号的光伏电池。
DC/DC电路1和DC/DC电路2可以根据设计需求，选用现有的各种直流变换电路，例如BUCK型电路、BOOST型电路等。
储能装置可以选用现有的具有剩余容量检测和数据传送功能的各种储能装置，例如蓄电池储能装置、超级电容储能装置等。
输出端子1和输出端子2可采用现有的各种电气连接端子。
电流检测电路1和电流检测电路2可参照现有的各种具有电流检测和数据传送功能的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电流传感器辅以相应的信号处理电路。
电压检测电路1和电压检测电路2可参照现有的各种具有电压检测和数据传送功能的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电压传感器辅以相应的信号处理电路。
功率生成电路中可以采用能够对输入的两路信号进行乘法运算的电路来实现，例如乘法运算芯片(AD834)辅以相应的外围电路。
控制器1可采用具有数据处理功能的各种处理器来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路，最大功率跟踪控制算法可采用现有的各种最大功率跟踪控制算法，例如爬山法、变步长法等。
控制器2可采用具有数据处理功能的各种处理器来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路，单机运行时的恒压控制算法可采用现有的各种恒压控制算法，例如电压、电流双闭环控制；负荷分配算法可采用在恒压控制算法的基础上，将电压调节信号与输出参考电压相叠加，进而构成负荷分配控制环节的方法予以实现，也可以采用现有的各种负荷分配算法来实现。
驱动电路可选用现有的各种具有电气隔离和功率放大功能的驱动电路来实现。
分配信号生成电路可以采用具有数据处理功能的各种处理器来实现，同时要具备简单的人机对话功能来确定具体的运行模式，该功能可以采用功能按键、拨码开关等电路予以实现；同时可采用各种相应的传感器来实现对是否具备光照工作条件进行判断的功能。
母线信号生成电路可采用图2所示电路，电路中A1为运算放大器，其与电阻R1、R2、R3、R4共同构成了运算放大电路，该运算放大电路的设计方法与现有运算放大电路的设计方法完全一致；二极管D1的正极与输入信号连接，同时与电阻R1的一端连接，二极管D1的负极与母线1连接，同时与电阻R2的一端连接；二极管D2的正极与运算放大器A1的输出端连接，二极管D2的负极与母线2连接。根据二极管的单向导通特性可知，只有当输入的负荷系数模拟信号幅值大于当前母线1上的信号幅值时，二极管D1导通，将输入的负荷系数模拟信号送至母线1上，否则二极管D1截止，因此当多个光伏一体化电源串联或并联运行时，母线1上的信号必然是所有电源负荷系数中的最大值。二极管D1的反向压降(负极电势减正极电势的差值)即为最大负荷系数与当前电源自身负荷系数的差值，该差值经过运算放大电路处理后经过二极管D2传送至母线2，同样根据二极管的单向导通特性可知，母线2上的信号必然是所有差值中的最大值，即所有电源负荷系数中的最大值与最小值的差值。综上所述，图2电路可以实现母线信号生成电路的功能。电路中的二极管在实际应用中会存在正向导通压降，但通过电路的合理设计可以将该导通压降对控制效果的影响控制在允许范围内，也可以采用其他器件或电路来替代二极管D1和D2，进而消除正向导通压降。
负荷分配电路可以选用能够实现公式(2)计算功能的电路来实现，也可以选用具有数据处理功能的各种处理器来实现。
母线1和母线2可采用现有的各种信号电缆线或其他形式的导线予以实现。

Claims (1)

1.一种可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源,其特征在于：包括电源主电路和电源控制电路，电源主电路包括：光伏电池、DC/DC电路1、DC/DC电路2、储能装置、输出端子1、输出端子2；电源控制电路包括：电流检测电路1、电流检测电路2、电压检测电路1、电压检测电路2、控制器1、控制器2、驱动电路1、驱动电路2、功率生成电路、分配信号生成电路、母线信号生成电路、负荷分配电路、母线1、母线2；
光伏电池的输出端与DC/DC电路1的输入端相连接；DC/DC电路1的输出端与DC/DC电路2的输入端相连接；储能装置并联于DC/DC电路1的输出端；DC/DC电路2的输出正极性端和负极性端分别与输出端子1和输出端子2连接；
电流检测电路1对光伏电池的输出电流进行检测，并将检测结果传送至功率生成电路和控制器1；电压检测电路1对光伏电池的输出电压进行检测，并将检测结果传送至功率生成电路和控制器1；控制器1的输出端与驱动电路1的输入端连接；驱动电路1的输出端与DC/DC电路1中的电力电子器件的控制端连接；功率生成电路的输出端与分配信号生成电路的对应输入端连接；电流检测电路2对DC/DC电路2的输出电流进行检测，并将检测结果传送至分配信号生成电路和控制器2；电压检测电路2对DC/DC电路2的输出电压进行检测，并将检测结果传送至分配信号生成电路和控制器2；控制器2有一个输入端与负荷分配电路的输出端连接，控制器2的输出端与驱动电路2的输入端连接；驱动电路2的输出端与DC/DC电路2中的电力电子器件的控制端连接；储能装置将自身的剩余容量信息传送至分配信号生成电路的输入端；分配信号生成电路的输出端分别与负荷分配电路和母线信号生成电路的对应输入端相连接；母线1和母线2分别与负荷分配电路的对应输入端连接；母线信号生成电路的两个输出端分别与母线1和母线2连接；
DC/DC电路1是一种直流到直流变换的电路，将光伏电池输出的直流电压变换为另一种幅值的直流电压；
DC/DC电路2是一种直流到直流变换的电路，将DC/DC电路1输出的直流电压变换为负载所需要的幅值恒定的直流电压；
储能装置对电能进行吸收或释放，储能装置内部包含有剩余容量检测电路，并且能够将检测到的剩余容量值实时传送给分配信号生成电路；
控制器1根据获得的光伏电池输出电流和输出电压信息，利用最大功率跟踪算法生成能够控制DC/DC电路1实现最大功率跟踪的控制信号，并将该控制信号传递给驱动电路1；
驱动电路1将输入的控制信号进行电气隔离、功率放大处理后，形成满足DC/DC电路1中的电力电子器件驱动需求的驱动信号，并将该驱动信号传送至DC/DC电路1中的电力电子器件的控制端；
功率生成电路利用获得的光伏电池输出电流和输出电压信息，计算出当前光伏电池的输出功率，并将计算出的输出功率值传递至分配信号生成电路；
分配信号生成电路通过人机对话方式确定当前的运行状态，包括并联运行、串联运行、单机运行，根据光伏电池的输出功率、储能装置的剩余容量、DC/DC电路2的输出电流和输出电压信息，利用如下公式：
Figure FDA0003055131080000021
生成负荷系数KL
式中：
Io——DC/DC电路2的输出电流；
Uo——DC/DC电路2的输出电压；
P——光伏电池的输出功率；
S——储能装置的剩余容量；
Ki——电流系数，并联运行时取1，串联运行时为0；
Ku——电压系数，并联运行时取0，串联运行时为1；
Kp——功率系数，光伏电池具备光照工作条件时取1，否则为0；
Ks——容量系数，光伏电池不具备光照工作条件时取1，否则为0；
在完成负荷系数数值的计算后，分配信号生成电路以负荷系数的大小为依据，生成对应的模拟信号，并将该负荷系数模拟信号传送至负荷分配电路和母线信号生成电路；
当母线1上的模拟信号幅值小于输入的负荷系数模拟信号幅值时，将输入的负荷系数模拟信号传送到母线1上，反之则不对当前母线1上的模拟信号进行改变；
计算母线1上的模拟信号与输入的负荷系数模拟信号之间的幅值差值，当母线2上的模拟信号幅值小于该幅值差值时，将该幅值差值信号传送到母线2上，反之则不对当前母线2上的模拟信号进行改变；
负荷分配电路对母线1上的KLMAX信号和母线2上的ΔKLMAX信号进行检测，KLMAX是电源负荷系数中的最大值，ΔKLMAX是电源负荷系数中的最大值与最小值的差值，同时根据得到的负荷系数模拟信号KL，利用如下公式：
ΔU＝KLMAX-KtΔKLMAX-KL
计算出电压调节信号ΔU
公式中的Kt为调节系数，其取值范围为[0,1]，负荷分配电路在计算出电压调节信号ΔU后，将该信号传送至控制器2；
控制器2根据事先设定好的DC/DC电路2的输出参考电压Uref，以及电流检测电路2、电压检测电路2和负荷分配电路传递过来的信号，单机运行时采用稳压控制算法生成DC/DC电路2的控制信号，并将该控制信号传递给驱动电路2；串联和并联时利用负荷分配算法生成DC/DC电路2的控制信号，并将该控制信号传递给驱动电路2；
驱动电路2将输入的控制信号进行电气隔离、功率放大处理后，形成满足DC/DC电路2中的电力电子器件驱动需求的驱动信号，并将该驱动信号传送至DC/DC电路2中的电力电子器件的控制端；
母线1和母线2在多个光储一体化电源串、并联运行时实现负荷分配信息共享；
光储一体化电源与外部电路或负载通过输出端子1和输出端子2电气连接。
CN201810769774.9A 2018-07-13 2018-07-13 一种可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源 Active CN108923520B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810769774.9A CN108923520B (zh) 2018-07-13 2018-07-13 一种可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810769774.9A CN108923520B (zh) 2018-07-13 2018-07-13 一种可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108923520A CN108923520A (zh) 2018-11-30
CN108923520B true CN108923520B (zh) 2021-07-13

Family

ID=64410811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810769774.9A Active CN108923520B (zh) 2018-07-13 2018-07-13 一种可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108923520B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114709809A (zh) * 2022-04-02 2022-07-05 唐山松下产业机器有限公司 熔化极焊接多电源并联装置及使用方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103236712A (zh) * 2013-04-08 2013-08-07 嘉兴清源电气科技有限公司 一种直流微网系统及其控制方法
CN103296675A (zh) * 2013-05-29 2013-09-11 哈尔滨工程大学 一种并联直流电源负荷分配电路及其控制方法
CN104052082A (zh) * 2014-06-25 2014-09-17 国家电网公司 一种离网并网运行的光储联合供电系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9785172B2 (en) * 2012-06-13 2017-10-10 Indian Institue Of Technology Bombay Switched capacitor DC-DC converter based distributed maximum power point tracking of partially shaded photovoltaic arrays

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103236712A (zh) * 2013-04-08 2013-08-07 嘉兴清源电气科技有限公司 一种直流微网系统及其控制方法
CN103296675A (zh) * 2013-05-29 2013-09-11 哈尔滨工程大学 一种并联直流电源负荷分配电路及其控制方法
CN104052082A (zh) * 2014-06-25 2014-09-17 国家电网公司 一种离网并网运行的光储联合供电系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种分布式光伏/储能一体化并网技术研究及开发;柯勇等;《机电工程》;20150420;第32卷(第4期);第545-546页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108923520A (zh) 2018-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019103059A1 (ja) 直流バス制御システム
US6914418B2 (en) Multi-mode renewable power converter system
US8358031B2 (en) System and method for a single stage power conversion system
CN102355003A (zh) 单相光伏并网发电系统的控制方法及其装置
WO2020001051A1 (zh) 一种光伏系统
CN203232352U (zh) 基于buck电路的mppt太阳能控制器
CN103281013A (zh) 光伏供电系统
US20240030724A1 (en) Energy storage system, method for controlling energy storage system, and photovoltaic power generation system
GB2622726A (en) Electric vehicle solar charging system
CN107979123B (zh) 一种电源自适应锂电池充电管理电路
CN112242712B (zh) 用于两级式光伏逆变系统的功率控制方法
KR20150128453A (ko) 태양광 발전을 이용한 배터리 에너지 저장시스템
CN108923520B (zh) 一种可实现串、并联运行自主负荷分配的光储一体化电源
CN114069774B (zh) 一种光伏电池发电最大功率跟踪的光伏储能系统及基于该系统的光伏发电系统
CN106786803A (zh) 独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法
CN103296675B (zh) 一种并联直流电源负荷分配电路及其控制方法
CN116247707B (zh) 一种基于光照强度的混储状态下电池组控制方法
KR20200136658A (ko) 가상 저항 방식의 pcs 드룹 제어 장치 및 이를 이용한 에너지 저장 시스템
RU2101831C1 (ru) Система электропитания с экстремальным регулированием мощности фотоэлектрической батареи
CN216355990U (zh) 智慧楼宇多功能储能系统
JPS63181015A (ja) 太陽光発電装置の最大出力制御方式
CN114285132A (zh) 一种低功耗能源采集电路
CN107482765B (zh) 一种用于通信基站抢险的发电节能系统和节能方法
CN206432732U (zh) 一种无人机及其太阳能供电电路
CN113644681B (zh) 一种空间多能源组网供电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant