CN108933449A - 一种压力发电交流并网控制系统 - Google Patents

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张国庆
龚海华
周磊
冯杰波
眭欢然
金振华
陈坤华
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Abstract

本发明公开了一种压力发电交流并网控制系统包括压力发电单元、升压控制单元、电容单元、第二电压检测单元、脉宽调制单元、第一电压检测单元、并网逆变器与电网，通过第一电压检测单元获得压力发电单元的输出电压，通过第二电压检测单元检测获得电容单元的母线电压，脉宽调制单元根据压力发电单元的输出电压和电容单元的母线电压控制升压控制单元，压力发电单元发出的电量通过升压控制单元、电容单元，并经由并网逆变器输入电网，实现压力发电交流并网。本发明通过电容单元作为压力发电单元输出电能的缓冲，并充分考虑压力发电单元的电压与电容单元的母线电压值，确保低频、大应力场压力发电单元发电量的稳定吸收，并实现交流并网。

Description

一种压力发电交流并网控制系统
技术领域
本发明涉及一种压力发电系统，更具体地说，涉及一种压力发电交流并网控制系统，属 于新能源发电领域。本发明适用于行人和汽车等瞬态动能并网回收利用的应用场合。
背景技术
压力发电装置在外力交变作用下产生电荷，具有体积小、结构简单，无电磁干扰等特点， 可以铺设在步行街、车库出入口、高速公路等路面，收集行人和汽车运行过程中的动能，符 合人们对能源需求不断增长以及对环境保护日益加强需求，在并网式压力发电装置中具有良 好的应用前景。
由于压力发电的低频、快速与幅值变化剧烈等特性，发电电能的收集与并网是压力发电 装置亟需解决的问题之一，如何快速、稳定的收集压力发电电能进而实现并网是本领域技术 人员正在面对的技术难题。
为了保证并网逆变器能够适应压力发电单元输出电压的变化，同时考虑电容单元的母线 电压，亟需针对上述的压力发电装置设计一款交流并网控制系统。交流并网控制系统的研究 与开发，为压力发电这一新能源发电装置能量的收集与并网探索新的路径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压力发电交流并网控制系统，采用本发明的技术方案，压力 发电单元发出的电量通过升压控制单元、电容单元，并经由并网逆变器输入电网，实现压力 发电交流并网。交流并网控制系统通过电容单元作为压力发电单元输出电能的缓冲，并充分 考虑并网逆变器并网的要求，在吸收压力发电电能的同时保证电容单元母线电压在安全运行 范围内，满足系统安全性和稳定性要求，交流并网控制系统运行频率高、自损耗小，适用于 并网式压力发电装置的能量吸收等应用场合。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种压力发电交流并网控制系统，包括压力发电单元、升压控制单元、电容单 元、脉宽调制单元、并网逆变器与电网，所述的脉宽调制单元获得压力发电单元的输出电压 以及电容单元的母线电压，并根据压力发电单元的输出电压和电容单元的母线电压控制升压 控制单元，所述的压力发电单元通过升压控制单元、电容单元，并经由并网逆变器输入电网。
进一步，该系统还包括第一电压检测单元和第二电压检测单元，所述的第一电压检测单 元获得压力发电单元的输出电压并传送给脉宽调制单元，所述的第二电压检测单元获得电容 单元的母线电压并传送给脉宽调制单元。
进一步，该系统包括压力发电元件Upg、电感L、二极管D2、电容C1、整流电路和开关管k1，所述压力发电元件Upg、电感L、二极管D2、电容C1依次连接成闭合回路，所述压力 发电元件Upg的两端连接有整流电路，所述电感L的输出端和压力发电元件Upg的输入端之 间设置有开关管k1。
进一步，所述压力发电元件Upg由m组支路通过并联组合而成，即，Upg,11至Upg,n1共n个单元形成第一组串联支路，Upg,12至Upg,n2共n个单元形成第二组串联支路，Upg,1m至Upg,nm共n个单元形成第m组串联支路。
进一步，所述的升压控制单元的控制方法为：
(a)当压力发电元件Upg有电压输出时，在0～Ton时间段内，经整流电路，t＝0时刻，开关管k1导通，压力发电元件Upg输出电压加到电感L上，二极管D2截止。
(b)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ton时刻，开关管k1关断，压力发电元件Upg的输出电能与电感L的储能的通过二极管D2向电容C1转移。
(c)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ts时刻，开关管k1又导通，压力发电元件 Upg的输出电能继续向电容C1转移。
进一步，当压力发电单元输出电压动态变化时，所述的Ton时刻随着压力发电单元输出电 压幅值大小而变化，时刻Ton值小于Ts值，Ts不变，开关管k1的开通时间为0～Ton。
进一步，并网逆变器中的逆变器是单相或者三相，每相的拓扑结构是半桥双管结构或者 全桥四管结构。
进一步，压力发电单元中的压力发电元件数量、材料、排布、外形根据实际需要确定； 压力发电单元的输出电压与受力根据实际需要确定。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种压力发电交流并网控制系统，通过升压控制单元的开通和关断控制压 力发电单元的输出电压，并经由并网逆变器实现并网，满足系统并网要求，保证了压力发电 单元电量向电网的有效转移，并充分考电容单元的母线电压运行范围，交流并网控制系统运 行频率高、自损耗小，适用于并网式压力发电装置的能量吸收等应用场合；
(2)本发明的一种压力发电交流并网控制系统，其升压控制单元的控制方法满足并网逆 变器并网的要求，兼顾了电容单元的母线电压运行范围，满足交流并网控制系统安全性和稳 定性要求。
附图说明
图1为本发明的一种压力发电交流并网控制系统的原理框图；
图2为本发明的压力发电单元的压力发电元件阵列图；
图3为本发明的升压控制单元电路图。
示意图中的标号说明：
1、压力发电单元；2、升压控制单元；3、电容单元；4、第二电压检测单元；5、脉宽调制单元；6、第一电压检测单元；7、并网逆变器；8、电网。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
本发明的一种压力发电交流并网控制系统，通过升压控制单元的开通和关断控制压力发 电单元的电压，压力发电单元发出的电量通过升压控制单元、电容单元，并经由并网逆变器 输入电网，实现压力发电交流并网，并充分考虑并网逆变器并网的要求，在吸收压力发电电 能的同时保证电容单元母线电压在安全运行范围内，满足系统安全性和稳定性要求，适用于 并网式压力发电装置的能量吸收等应用场合。
参见图1所示，本实施例一种压力发电交流并网控制系统，包括压力发电单元1、升压 控制单元2、电容单元3、第二电压检测单元4、脉宽调制单元5、第一电压检测单元6、并网逆变器7与电网8，该控制系统能够充分考虑并网逆变器并网的要求，在吸收压力发电电能的同时保证电容单元母线电压在安全运行范围内，满足系统安全性和稳定性要求。通过第 一电压检测单元6获得压力发电单元1的输出电压并传送给脉宽调制单元5，通过第二电压 检测单元4获得电容单元3的母线电压并传送给脉宽调制单元5，脉宽调制单元5根据压力 发电单元1的输出电压和电容单元3的母线电压控制升压控制单元2，压力发电单元1发出 的电能通过升压控制单元2向电容单元3转移，并经由并网逆变器7输入电网8，实现压力发电交流并网。
在本实施例中，压力发电单元的组合方法为：
压力发电单元由m组支路通过并联组合而成，Upg,11至Upg,n1共n个电池单元形成第一组 串联支路，Upg,12至Upg,n2共n个电池单元形成第二组串联支路，Upg,1m至Upg,nm共n个电池单 元形成第m组串联支路。具体如图2所示。
本实施例的电路结构如图3所示，包括压力发电元件Upg、电感L、二极管 D2、电容C1、整流电路和开关管k1，所述压力发电元件Upg、电感L、二极管 D2、电容C1依次连接成闭合回路，所述压力发电元件Upg的两端连接有整流电 路，所述电感L的输出端和压力发电元件Upg的输入端之间设置有开关管k1。
在本实施例中，升压控制单元对电容单元的充电的控制方法为：
(a)当压力发电元件Upg有电压输出时，在0～Ton时间段内，经升压控制单元的整流电 路，t＝0时刻，开关管k1导通，压力发电元件Upg输出电压加到电感L上，二极管D2截止。
(b)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ton时刻，开关管k1关断，压力发电元件Upg的输出电能与电感L的储能的通过二极管D2向电容单元转移。当压力发电单元输出电压动态变化时，所述的Ton时刻随着压力发电单元输出电压幅值大小而变化，时刻Ton值小于Ts值，Ts不变，开关管k1的开通时间为0～Ton。
(c)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ts时刻，开关管k1又导通，压力发电元件 Upg的输出电能继续向电容单元转移，满足系统安全性和稳定性要求，适用于并网式压力发电 的能量吸收等应用场合。
综上所述，本发明的压力发电交流并网控制系统包括压力发电单元、升压控制单元、电 容单元、第二电压检测单元、脉宽调制单元、第一电压检测单元、并网逆变器与电网，通过 第一电压检测单元获得压力发电单元的输出电压并传送给脉宽调制单元，通过第二电压检测 单元检测获得电容单元的母线电压并传送给脉宽调制单元，脉宽调制单元根据压力发电单元 的输出电压和电容单元的母线电压控制升压控制单元，压力发电单元发出的电量通过升压控 制单元、电容单元，并经由并网逆变器输入电网，实现压力发电交流并网。本发明的交流并 网控制系统通过电容单元作为压力发电单元输出电能的缓冲，并充分考虑压力发电单元的电 压与电容单元的母线电压值，确保低频、大应力场压力发电单元发电量的稳定吸收，达到行 人、汽车等瞬态动能回收利用的目的，并实现交流并网，可以用于并网式压力发电装置，符 合世界各国对能源需求不断增长的方针政策。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也 只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员 受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结 构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种压力发电交流并网控制系统，其特征在于：包括压力发电单元(1)、升压控制单元(2)、电容单元(3)、脉宽调制单元(5)、并网逆变器(7)与电网(8)，所述的脉宽调制单元(5)获得压力发电单元(1)的输出电压以及电容单元(3)的母线电压，并根据压力发电单元(1)的输出电压和电容单元(3)的母线电压控制升压控制单元(2)，所述的压力发电单元(1)通过升压控制单元(2)、电容单元(3)，并经由并网逆变器(7)输入电网(8)。
2.根据权利要求1所述的一种压力发电交流并网控制系统，其特征在于：还包括第一电压检测单元(6)和第二电压检测单元(4)，所述的第一电压检测单元(6)获得压力发电单元(1)的输出电压并传送给脉宽调制单元(5)，所述的第二电压检测单元(4)获得电容单元(3)的母线电压并传送给脉宽调制单元(5)。
3.根据权利要求1或2所述的一种压力发电交流并网控制系统，其特征在于：包括压力发电元件Upg、电感L、二极管D2、电容C1、整流电路和开关管k1，所述压力发电元件Upg、电感L、二极管D2、电容C1依次连接成闭合回路，所述压力发电元件Upg的两端连接有整流电路，所述电感L的输出端和压力发电元件Upg的输入端之间设置有开关管k1。
4.根据权利要求3所述的一种压力发电交流并网控制系统，其特征在于：所述压力发电元件Upg由m组支路通过并联组合而成，即，Upg,11至Upg,n1共n个单元形成第一组串联支路，Upg,12至Upg,n2共n个单元形成第二组串联支路，Upg,1m至Upg,nm共n个单元形成第m组串联支路。
5.根据权利要求3或4所述的一种压力发电交流并网控制系统，其特征在于：所述的升压控制单元的控制方法为：
(a)当压力发电元件Upg有电压输出时，在0～Ton时间段内，经整流电路，t＝0时刻，开关管k1导通，压力发电元件Upg输出电压加到电感L上，二极管D2截止。
(b)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ton时刻，开关管k1关断，压力发电元件Upg的输出电能与电感L的储能的通过二极管D2向电容C1转移。
(c)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ts时刻，开关管k1又导通，压力发电元件Upg的输出电能继续向电容C1转移。
6.根据权利要求5所述的一种压力发电交流并网控制系统，其特征在于：当压力发电单元(1)输出电压动态变化时，所述的Ton时刻随着压力发电单元(1)输出电压幅值大小而变化，时刻Ton值小于Ts值，Ts不变，开关管k1的开通时间为0～Ton。
7.根据权利要求1所述的一种压力发电交流并网控制系统，其特征在于：并网逆变器(7)中的逆变器是单相或者三相，每相的拓扑结构是半桥双管结构或者全桥四管结构。
8.根据权利要求1或2所述的一种压力发电交流并网控制系统，其特征在于：压力发电单元(1)中的压力发电元件数量、材料、排布、外形根据实际需要确定；压力发电单元(1)的输出电压与受力根据实际需要确定。
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