CN110034680A - 宽输入双向供电电源装置的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电源技术领域，公开了一种宽输入双向供电电源装置的控制方法，用于控制宽输入双向供电电源装置，该方法包括：当该装置向负载或者电网提供能量时，控制第一双向多相多重斩波模块和第二双向多相多重斩波模块使储能电池组输出第一直流电压给双向直流/交流模块，控制双向直流/交流模块将第一直流电压转换成第一交流电压；当该装置存储能量时，控制双向直流/交流模块将负载或者电网提供的第二交流电压转换成第二直流电压，控制第一双向多相多重斩波模块和第二双向多相多重斩波模块将第二直流电压输出给储能电池组。本发明能适应和调节不同规格输入的电源以及能量的双向流动。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种宽输入双向供电电源装置的控制方法。
背景技术
随着全球经济的不断发展和世界人口的不断增长，人类越来越离不开电能。可现在随着科技的快速发展，太阳能光伏发电、风电发电的充分利用、再生能量、电网或者其它供电电源结合各种储能电池组电能的充分利用等等，使人类面对许许多多的供电问题：(1)电能需求的不断增长，而随着传统的化石能源煤、石油、天然气的不断消耗，且它们具有不可再生性，它们已不可能满足我们所有的供电需求；(2)随着太阳能光伏发电以及风电发电的普及，再生能量的充分利用，但发出的电能和再生能量以及其它电源的能量不会及时利用完，也不是所有的这类电能，都能及时回馈电网，同时由于在不同地区这种电能利用类型不同、电压等级不同，也是急需要充分利用。外加上工业应用过程中产生的再生能量、城市轨道交通过程产生的再生能量、风电发电以及其它途径产生的能量和储能电池组的能量等等，也都面临这样的问题；(3)随着整个社会节能意识的提高，将生活中和各种生产中，尤其各种工业生产中产生的电能，包含各种太阳能光伏和风电发电以及其它发电，不能及时回馈电网的能量，全部存储到各种储能电池组中，这些储能电池组中存储的能量，也是急需解决它们的充分利用问题；(4)在无供电电网地区人类的活动日益增加(野外探险、旅游等等)，也要满足他们的一些日常用电需求，也是需要储能电池组供电；(7)随着城市化进程的加快、智能家居的加速发展、智慧城市的迅速发展，以及电动汽车的普及，一方面急需一种便捷快速的充供电方式满足供电需求，另外电动汽车也是可以作为电能的一种运载工具，可以充分利用电动汽车电池里面的电能。要充分利用这些电能，或者要充分利用各种储能电池组里面的电能，面临一个最关键的问题是：目前市场上各种光伏和风电发电以及储能电池组电源的供电范围非常宽(直流100-1200V(volt，伏特))，而工业应用中需要的是400V/660V/1140V的三相交流电，我们有必要设计发明一种能适应宽输入范围的供电电源来满足这些需求，从而尽快占领这些市场，以获得高的经济效益。同时进一步能实现能量的双向传动，把工业用负载中或者城市轨道交通中等产生的再生能量充分利用起来。
而现在的供电电源存在的最主要问题是：将储能电池组的电压等级为直流100-1200V分成两种供电电源规格，请参阅图1和图2，图1为本发明提供的传统的低电压区间供电电源装置，图2为本发明提供的的传统的高电压区间供电电源装置。如图1和图2所示，即直流100-600V和直流600-1200V两种输入电压规格等级。
1、对于直流100-600V输入的供电电源，设计一个升压斩波电路，将输入的直流100-600V电源升压并稳定到直流600V，提供给逆变器，输出直接负载给隔离并网变压器，间接负载为电机，开关电源等；
2、对于直流600-1200V输入的供电电源，设计降压斩波电路，将输入的直流600-1200V电源降压并稳定到直流600V，提供逆变器,输出直接负载给隔离并网变压器，间接负载为电机，开关电源等；
3、由于供电电源输出侧直接负载为隔离并网变压器，间接负载为电机，开关电源等，相对于供电电源容量为10kVA(千伏特*安培)时，要满足间接负载中电动机的启动电流需求，对于直流600V输入时，最大电流为36A(ampere，安培),这样对于最低直流100V输入时候，如图1储能电池组及升压斩波电路的最大电流高达220A以上，对于一般的升压斩波电路难以实现；
4、上述两种供电电源都不能实现能量的双向流动，不能将负载中的再生能量存储到电池组中，不仅浪费能源，还需要外接能耗电阻将这些再生能量消耗到，增加电源的不稳定性。
这使得这些供电电源装置不能适应宽输入电源，也不能通用，使用过程中，还必须区分开，往往需要采购两种不同规格的这种供电电源，增加了成本，也增加了应用维修管理成本，不能够广泛应用到各种工业生产中，还不能实现能量的双向传动。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种宽输入双向供电电源装置的控制方法，可解决现有技术中供电电源装置不能适应宽输入电源以及不能实现能量的双向传动的技术问题。
本发明提供了一种宽输入双向供电电源装置的控制方法，用于控制宽输入双向供电电源装置，该装置包括：储能电池组、直流断路器、电磁干扰滤波器、第一双向多相多重斩波模块、电感模块、第二双向多相多重斩波模块、双向直流/交流模块、正弦波滤波器、隔离并网变压器、第一控制系统和第二控制系统；
所述储能电池组的正负极两端通过所述直流断路器与所述电磁干扰滤波器连接，所述电磁干扰滤波器与所述第一双向多相多重斩波模块连接，所述第一双向多相多重斩波模块通过所述电感模块与所述第二双向多相多重斩波模块连接，所述第二双向多相多重斩波模块与所述双向直流/交流模块连接，所述双向直流/交流模块与所述正弦波滤波器连接，所述正弦波滤波器与负载连接以及通过所述隔离并网变压器与负载或者电网连接，所述第一控制系统与所述第一双向多相多重斩波模块和所述第二双向多相多重斩波模块连接，所述第二控制系统与所述双向直流/交流模块连接，所述第一控制系统和所述第二控制系统连接；
该方法包括：当该装置向负载或者电网提供能量时，控制所述第一双向多相多重斩波模块和所述第二双向多相多重斩波模块使所述储能电池组输出第一直流电压给所述双向直流/交流模块，控制所述双向直流/交流模块将所述第一直流电压转换成第一交流电压；
当该装置存储能量时，控制所述双向直流/交流模块将负载或者电网提供的第二交流电压转换成第二直流电压，控制所述第一双向多相多重斩波模块和所述第二双向多相多重斩波模块将所述第二直流电压输出给所述储能电池组。
可选的，所述第一双向多相多重斩波模块和所述第二双向多相多重斩波模块均包括至少一个相结构，所述电感模块包括至少一个电感器，电感器的数量与两个双向多相多重斩波模块中相结构的最大数量相同，同一个双向多相多重斩波模块中的多个相结构均并联，电容器与所述相结构并联，两个不同双向多相多重斩波模块中的相结构通过电感器连接。
可选的，所述相结构包括两个开关管，每个双向多相多重斩波模块的每个相结构的上开关管的集电极均与电容器的一端连接，其发射极与下开关管的集电极连接，下开关管的发射极与电容器的另一端连接，两个双向多相多重斩波模块中的电容器的另一端相互连接，电感器的两端均分别连接在两个不同双向多相多重斩波模块中相结构的两个开关管之间。
可选的，当所述第一双向多相多重斩波模块和所述第二双向多相多重斩波模块中相结构的数量相同时，两个双向多相多重斩波模块中每个对应顺序的相结构的两个开关管之间均通过一个电感器连接。
可选的，当其中一个双向多相多重斩波模块的相结构为一个时，另一个双向多相多重斩波模块的相结构为至少两个时，各电感器的一端均与其中一个双向多相多重斩波模块的相结构连接，各电感器的另一端分别与另一个双向多相多重斩波模块的各相结构的两个开关管之间连接。
可选的，所述双向直流/交流模块包括至少一个相结构，多个相结构并联，每个所述相结构的上开关管的集电极均与所述第二双向多相多重斩波模块中的电容器的一端连接，每个所述相结构的下开关管的发射极均与所述第二双向多相多重斩波模块中的电容器的另一端连接。
可选的，所述正弦波滤波器包括至少一个电感器和至少一个电容器，所述正弦波滤波器的电感器和电容器的数量、所述隔离并网变压器的输入端和输出端的数量均与所述双向直流/交流模块的相结构的数量相同，各电感器的一端均分别连接在所述双向直流/交流模块的各相结构的两个开关管之间，各电感器的另一端与所述隔离并网变压器的各输入端连接以及通过交流开关与负载连接，所述隔离并网变压器的各输出端通过交流开关与负载或者电网连接，各电容器的一端与各电感器的另一端连接，各电容器的另一端均连接在一起。
可选的，当所述储能电池组的电压等级为低电压区间，且该装置向负载或者电网提供能量时，控制所述第一双向多相多重斩波模块中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制所述第二双向多相多重斩波模块为升压斩波模块，将所述储能电池组中的电压升压到第一直流电压，控制所述双向直流/交流模块将所述第一直流电压转换成所述第一交流电压输出给负载或者电网；
当所述储能电池组的电压等级为低电压区间，且该装置存储能量时，控制所述双向直流/交流模块将所述第二交流电压转换成所述第二直流电压，控制所述第一双向多相多重斩波模块中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制所述第二双向多相多重斩波模块为降压斩波模块，将所述第二直流电压降压后输出给所述储能电池组。
可选的，当所述储能电池组的电压等级为高电压区间，且该装置向负载或者电网提供能量时，控制所述第二双向多相多重斩波模块中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制所述第一双向多相多重斩波模块为降压斩波模块，将所述储能电池组中的电压降压到所述第一直流电压，控制所述双向直流/交流模块将所述第一直流电压转换成所述第一交流电压输出给负载或者电网；
当所述储能电池组的电压等级为高电压区间，且该装置存储能量时，控制所述双向直流/交流模块将所述第二交流电压转换成所述第二直流电压，控制所述第二双向多相多重斩波模块中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制所述第一双向多相多重斩波模块为升压斩波模块，将所述第二直流电压升压后输出给所述储能电池组。
本发明提供的一种宽输入双向供电电源装置的控制方法，通过模块化设计可以满足多种应用场合、满足宽输入电压范围，适应各种电压设备、便携式设备，尤其支持太阳能、储能电池组等各种类型用电设备供电的一种多功能供电设备。本发明充分利用太阳能、风能和储能电池组，根据需要调节输入稳定各类输入电压满足不同设备的供电需求，且可以实现变频调速和直接给供电，还可实现回馈电网以及能量的双向流动。发明设计巧妙便携，用途广泛，供电稳定性、模块化结构、可靠性高的特点，满足多种场合需求，其突出特点是能适应和调节不同规格输入的电源以及能量的双向流动，具有很高的市场应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的传统的低电压区间供电电源装置；
图2为本发明提供的的传统的高电压区间供电电源装置；
图3为本发明实施方式一提供的宽输入双向供电电源装置的结构示意图；
图4为本发明实施方式二提供的宽输入双向供电电源装置的控制方法的系统流程图；
图5为本发明实施方式三提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图；
图6为本发明实施方式四提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图；
图7为本发明实施方式五提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图；
图8为本发明实施方式六提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图；
图9为本发明实施方式七提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图；
图10为本发明实施方式八提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图；
图11为本发明实施方式九提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图；
图12为本发明实施方式十提供的宽输入双向供电电源装置提供能量的工作框图；
图13为本发明实施方式十一提供的宽输入双向供电电源装置存储能量的工作框图；
图14为本发明实施方式十二提供的宽输入双向供电电源装置中低电压区间储能电池组提供能量的工作原理图；
图15为本发明实施方式十三提供的宽输入双向供电电源装置中低电压区间储能电池组存储能量的工作原理图；
图16为本发明实施方式十四提供的宽输入双向供电电源装置中高电压区间储能电池组提供能量的工作原理图；
图17为本发明实施方式十五提供的宽输入双向供电电源装置中高电压区间储能电池组存储能量的工作原理图；
图18为本发明实施方式十六提供的宽输入双向供电电源装置的控制方法提供能量的工作流程图；
图19为本发明实施方式十七提供的宽输入双向供电电源装置的控制方法存储能量的工作流程图；
图20为本发明实施方式十八提供的宽输入双向供电电源装置的控制方法提供能量的工作流程图；
图21为本发明实施方式十九提供的宽输入双向供电电源装置的控制方法存储能量的工作流程图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而非全部实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参阅图3至图4，图3为本发明实施方式一提供的宽输入双向供电电源装置的结构示意图，图4为本发明实施方式二提供的宽输入双向供电电源装置的控制方法的系统流程图。
如图3所示，本发明提供了一种宽输入双向供电电源装置的控制方法，用于控制宽输入双向供电电源装置，该装置包括：储能电池组1、直流断路器2、电磁干扰滤波器3、第一双向多相多重斩波模块4、电感模块5、第二双向多相多重斩波模块6、双向直流/交流模块7、正弦波滤波器8、隔离并网变压器9、第一控制系统10和第二控制系统11。
储能电池组1的正负极两端分别通过一个直流断路器2与电磁干扰滤波器3连接，电磁干扰滤波器3与第一双向多相多重斩波模块4连接，第一双向多相多重斩波模块4通过电感模块5与第二双向多相多重斩波模块6连接，第二双向多相多重斩波模块6与双向直流/交流模块7连接，双向直流/交流模块7与正弦波滤波器8连接，正弦波滤波器8通过第二交流开关12与负载连接以及经隔离并网变压器9通过第一交流开关13与负载或者电网连接，第一控制系统10与第一双向多相多重斩波模块4和第二双向多相多重斩波模块6连接，第一控制系统10通过PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)分别控制第一双向多相多重斩波模块4和第二双向多相多重斩波模块6，第二控制系统11与双向直流/交流模块7连接，第二控制系统11通过SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制)控制双向直流/交流模块7，第一控制系统10和第二控制系统11通过控制器局域网总线连接。第一控制系统10和第二控制系统11均通过开关电容电路对第一双向多相多重斩波模块4和第二双向多相多重斩波模块6进行信号采样，从而根据采样信号对第一双向多相多重斩波模块4和第二双向多相多重斩波模块6进行控制。
如图4所示，该方法包括：当该装置向负载或者电网提供能量时，控制第一双向多相多重斩波模块4和第二双向多相多重斩波模块6使储能电池组1输出第一直流电压给双向直流/交流模块7，控制双向直流/交流模块7将第一直流电压转换成第一交流电压。
当该装置存储能量时，控制双向直流/交流模块7将负载或者电网提供的第二交流电压转换成第二直流电压，控制第一双向多相多重斩波模块4和第二双向多相多重斩波模块6将第二直流电压输出给储能电池组1。在本发明实施方式中，第一直流电压为直流600V，第二直流电压为直流620V，第一交流电压和第二交流电压均为交流400V/50Hz，在其他实施方式中，第一直流电压、第二直流电压、第一交流电压和第二交流电压的取值不限于此。为了便于说明，图4中的工频变压器即为本发明提供的宽输入双向供电电源装置中的隔离并网变压器9。
请参阅图5至图11，图5为本发明实施方式三提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图，图6为本发明实施方式四提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图，图7为本发明实施方式五提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图，图8为本发明实施方式六提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图，图9为本发明实施方式七提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图，图10为本发明实施方式八提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图，图11为本发明实施方式九提供的宽输入双向供电电源装置的电路结构图。
进一步地，第一双向多相多重斩波模块4和第二双向多相多重斩波模块6均包括至少一个相结构，电感模块5包括至少一个电感器，电感器的数量与两个双向多相多重斩波模块中相结构的最大数量相同，同一个双向多相多重斩波模块中的多个相结构均并联，电容器与相结构并联，两个不同双向多相多重斩波模块中的相结构通过电感器连接。
进一步地，相结构包括两个开关管，每个双向多相多重斩波模块的每个相结构的上开关管的集电极均与电容器的一端连接，其发射极与下开关管的集电极连接，下开关管的发射极与电容器的另一端连接，两个双向多相多重斩波模块中的电容器的另一端相互连接，电感器的两端均分别连接在两个不同双向多相多重斩波模块中相结构的两个开关管之间。
进一步地，如图5至图7所示，当第一双向多相多重斩波模块4和第二双向多相多重斩波模块6中相结构的数量相同时，两个双向多相多重斩波模块中每个对应顺序的相结构的两个开关管之间均通过一个电感器连接。
进一步地，如图8至图11所示，当其中一个双向多相多重斩波模块的相结构为一个时，另一个双向多相多重斩波模块的相结构为至少两个时，各电感器的一端均与其中一个双向多相多重斩波模块的相结构连接，各电感器的另一端分别与另一个双向多相多重斩波模块的各相结构的两个开关管之间连接。
进一步地，如图3至图17所示，双向直流/交流模块7包括至少一个相结构，多个相结构并联，每个相结构的上开关管的集电极均与第二双向多相多重斩波模块6中的电容器的一端连接，每个相结构的下开关管的发射极均与第二双向多相多重斩波模块6中的电容器的另一端连接。
进一步地，如图3至图17所示，正弦波滤波器8包括至少一个电感器和至少一个电容器，正弦波滤波器8的电感器和电容器的数量、隔离并网变压器9的输入端和输出端的数量均与双向直流/交流模块7的相结构的数量相同，各电感器的一端均分别连接在双向直流/交流模块7的各相结构的两个开关管之间，各电感器的另一端与隔离并网变压器9的各输入端连接以及通过交流开关与负载连接，隔离并网变压器9的各输出端通过交流开关与负载或者电网连接，各电容器的一端与各电感器的另一端连接，各电容器的另一端均连接在一起。
在本发明中，以第一双向多相多重斩波模块4和第二双向多相多重斩波模块6中均包括3个相结构为例，第一双向多相多重斩波模块4包括上开关管V1、上开关管V3、上开关管V5、下开关管V2、下开关管V4、下开关管V6，且第一双向多相多重斩波模块4与电容器C1并联。第二双向多相多重斩波模块6包括上开关管V7、上开关管V9、上开关管V11、下开关管V8、下开关管V12、下开关管V14，且第二双向多相多重斩波模块6与电容器C2并联。则电感模块5包括电感器L1、电感器L2、电感器L3。以正弦波滤波器8包括3个电感器和3个电容器为例，即正弦波滤波器8包括电感器L4、电感器L5、电感器L6、电容器C3、电容器C4、电容器C5，正弦波滤波器8通过三个第二交流开关12与负载连接以及经隔离并网变压器9通过三个第一交流开关13与负载或者电网连接。
请参阅图12至图21，图12为本发明实施方式十提供的宽输入双向供电电源装置提供能量的工作框图，图13为本发明实施方式十一提供的宽输入双向供电电源装置存储能量的工作框图，图14为本发明实施方式十二提供的宽输入双向供电电源装置中低电压区间储能电池组提供能量的工作原理图，图15为本发明实施方式十三提供的宽输入双向供电电源装置中低电压区间储能电池组存储能量的工作原理图，图16为本发明实施方式十四提供的宽输入双向供电电源装置中高电压区间储能电池组提供能量的工作原理图，图17为本发明实施方式十五提供的宽输入双向供电电源装置中高电压区间储能电池组存储能量的工作原理图，图18为本发明实施方式十六提供的宽输入双向供电电源装置的控制方法提供能量的工作流程图，图19为本发明实施方式十七提供的宽输入双向供电电源装置的控制方法存储能量的工作流程图，图20为本发明实施方式十八提供的宽输入双向供电电源装置的控制方法提供能量的工作流程图，图21为本发明实施方式十九提供的宽输入双向供电电源装置的控制方法存储能量的工作流程图。
为了便于说明，图18至图21中的工频变压器即为本发明提供的宽输入双向供电电源装置中的隔离并网变压器9。
进一步地，如图14和图20所示，当储能电池组1的电压等级为低电压区间，且该装置向负载或者电网提供能量时，控制第一双向多相多重斩波模块4中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制第二双向多相多重斩波模块6为升压斩波模块，将储能电池组1中的电压升压到第一直流电压，控制双向直流/交流模块7将第一直流电压转换成第一交流电压输出给负载或者电网。
如图15和图21所示，当储能电池组1的电压等级为低电压区间，且该装置存储能量时，控制双向直流/交流模块7将第二交流电压转换成第二直流电压，控制第一双向多相多重斩波模块4中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制第二双向多相多重斩波模块6为降压斩波模块，将第二直流电压降压后输出给储能电池组1。
进一步地，如图16和图20所示，当储能电池组1的电压等级为高电压区间，且该装置向负载或者电网提供能量时，控制第二双向多相多重斩波模块6中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制第一双向多相多重斩波模块4为降压斩波模块，将储能电池组1中的电压降压到第一直流电压，控制双向直流/交流模块7将第一直流电压转换成第一交流电压输出给负载或者电网。
如图17和图21所示，当储能电池组1的电压等级为高电压区间，且该装置存储能量时，控制双向直流/交流模块7将第二交流电压转换成第二直流电压，控制第二双向多相多重斩波模块6中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制第一双向多相多重斩波模块4为升压斩波模块，将第二直流电压升压后输出给储能电池组1。
在本发明实施方式中，储能电池组1的电压等级中低电压区间为直流100-600V，高电压区间为直流600-1200V，在其他实施方式中，储能电池组1的电压等级中低电压区间和高电压区间不限于此。
对于传统供电电源所存在的一些弊端，本发明提出一种行之有效的解决方法，并拓宽其功能。本发明提供了一种集电力电子技术、智能控制于一身的宽输入双向供电电源装置的控制方法，设计巧妙，控制有效，智能化程度高，既能适应宽输入供电电源，还能实现能量的双向流动，使用安全节能环保等优点。
其显著特点是本供电电源装置及其控制方法可实现宽输入和能量的双向流动，通过控制算法可以实现不同规格储能电池组1能量的充分利用，能量的双向流动，具有快速、安全、节能环保等优点，其结构如图3所示。即各种规格储能电池组1←→直流断路器2←→电磁干扰滤波器3←→第一双向多相多重斩波模块4←→电感模块5←→第二双向多相多重斩波模块6←→双向直流/交流模块7←→正弦波滤波器8←→负载或电网。其工作原理如下：
如图3所示，宽输入双向供电电源装置由11个部分组成，各种规格的储能电池组1，直流断路器2，电磁干扰滤波器3，第一双向多相多重斩波模块4，电感模块5，第二双向多相多重斩波模块6，双向直流/交流模块7，正弦波滤波器8，隔离并网变压器9，第一控制系统10和第二控制系统11等，本系统能实现宽输入供电和能量的双向流动。
对于图3中的两个双向多相多重斩波模块，按三相三重斩波模块来设计，其拓扑电路结构采取模块化设计，每一相为一个模块结构即一个相结构，可以依据实际应用要求来选配。图5给出的是两个双向三相三重斩波模块的拓扑电路结构，其中每一个三相三重斩波模块都由3个相结构组成。可以组成的拓扑电路结构如图5至图11所示。
可以理解的是，当多相多重斩波模块均包括n个相结构时，则两个多相多重斩波模块可组成的拓扑电路结构数量为n+2(n-1)＝3n-2个，其中，两个多相多重斩波模块中的相结构相同时具有n个电路结构，当其中一个多相多重斩波模块中的相结构为一个，另一个多相多重斩波模块中的相结构为至少两个时，具有2(n-1)个电路结构。
图3所示，当双向宽输入供电电源向负载或者电网提供能量的时候，能量从各种规格储能电池组1流向负载或者电网：储能电池组1→直流断路器2和电磁干扰滤波器3→第一双向三相三重斩波模块→第二双向三相三重斩波模块→双向直流/交流模块7→正弦波滤波器8→负载或者隔离并网变压器9→电网或者负载。当双向宽输入供电电源存储能量的时候，能量从电网或者负载流向储能电池组1：负载或者电网→正弦波滤波器8→双向直流/交流模块7→第一双向三相三重斩波模块→第二双向三相三重斩波模块→直流断路器2和电磁干扰滤波器3→储能电池组1。
图12所示，当双向宽输入供电电源向负载或者电网提供能量的时候，第一双向三相三重斩波模块和第二双向三相三重斩波模块输出稳定的直流600V提供给双向直流/交流模块7，能够适应波动范围较大的输入电源，适应直流100V-直流1200V范围内的储能电池组1。图13所示当供电电源存储能量时，控制双向直流/交流模块7为可控整流，输出稳定的直流电压直流620V，结合第一双向三相三重斩波模块和第二双向三相三重斩波模块协调运行能快速给储能电池组1充电，无需外加能耗电阻单元，提高了供电电源的控制性能、安全性能和可靠性以及功率因素，实现给所有规格的储能电池组1充电。
以图5电路拓扑结构为例来说明这中宽输入供电电源的工作原理，图3其它电路拓扑结构的工作原理和图5工作原理一样：当储能电池组1的电压等级为直流100-600V时候，供电电源提供能量的时候，如图14所示，第一控制系统10控制第一双向三相三重斩波模块中的上开关管V1，V3，V5常开，下开关管V4，V6，V2常闭，第一双向三相三重斩波模块仅仅作为导通功能。同时控制第二双向三相三重斩波模块为三相三重升压斩波，将储能蓄电池组中的电压，升压到稳定的直流600V，提供给后面的直流/交流逆变模块。第二控制系统11控制双向直流/交流模块7为逆变模块，输出变频调速的电压提供给负载，或者输出400V/50Hz(Hertz，赫兹)的正弦交流电压通过隔离并网变压器9并网或直接提供给负载。
当储能电池组1的电压等级为直流100-600V时候，供电电源存储能量的时候，如图15所示，第二控制系统11控制双向直流/交流模块7为交流/直流整流模块，将负载中的再生能量或者电网中交流电压整流成稳定的直流620V。同上，第一控制系统10控制第一双向三相三重斩波模块仅仅作为导通功能，同时控制第二双向三相三重斩波模块为三相三重降压斩波，将直流620V降压成储能蓄电池组中直流100-600V的电压，给储能电池组1充电。
当储能电池组1的电压等级为直流600-1200V时，供电电源提供能量的时候，如图16所示，第一控制系统10控制第二双向三相三重斩波模块中的上开关管V7，V9，V11常开，下开关管V10，V12，V8常闭，第二双向三相三重斩波模块仅仅作为导通功能。同时控制第一双向三相三重斩波模块为三相三重降压斩波，将储能蓄电池组中的电压，降压到稳定的直流600V，提供后面的直流/交流逆变模块。第二控制系统11控制双向直流/交流模块7为逆变模块，输出变频调速的电压提供给负载，或者输出400V/50Hz的正弦交流电压通过隔离并网变压器9并网或直接提供给负载。
当储能电池组1的电压等级为直流600-1200V时，供电电源存储能量的时候，如图17所示，第二控制系统11控制双向直流/交流模块7为交流/直流整流模块，将负载中的再生能量或者电网中交流电压整流成稳定的直流电压直流620V。同上，第一控制系统10控制第二双向三相三重斩波模块仅仅作为导通功能，同时控制第一双向三相三重斩波模块为三相三重升压斩波，将直流620V升压成储能蓄电池组中直流600-1200V的电压，给储能电池组1充电。
只需要改变隔离并网变压器9的接线就可以输出交流660V/50Hz、1140V/50Hz的电压等级的交流电源。
宽输入双向供电电源装置中的第一控制系统10和第二控制系统11根据检测储能电池组1电压等级，各个模块的工作状态、电网和供电负载状态要求等，依据指令启动智能化供电运行。两控制系统通过数据交换，合理控制供电电源供电储能，可以有效实现不同的应用工况，适应宽范围的输入电压，尤其是在储能的过程中，快速存储再生能量或者电网的能量，可以实现快速储能，不会损害供电电源装置，还提高了双向宽输入供电电源装置的寿命。
本发明电路结构简单，造价低廉，控制容易且性价比高，运用电力电子技术、全数字化智能化技术，实现宽输入电源输入和电能的高效利用，能量的双向流动能更加有效的实现供电电源应用的各种特殊工况，实现对再生能量的有效利用，延长了供电电源的使用寿命、使用效率，能适应不同的负载不同应用环境，避免了供电电网的不稳定。储能电池组1具有的能量存储功能和瞬间大电流放电功能，避免了能源的浪费，实现节能环保，提高了整个产品的控制性能、应用性能、通用性能和使用安全性能。
本发明提供的一种宽输入双向供电电源装置的控制方法，通过模块化设计可以满足多种应用场合、满足宽输入电压范围，适应各种电压设备、便携式设备，尤其支持太阳能、储能电池组等各种类型用电设备供电的一种多功能供电设备。本发明充分利用太阳能、风能和储能电池组，根据需要调节输入稳定各类输入电压满足不同设备的供电需求，且可以实现变频调速和直接给供电，还可实现回馈电网以及能量的双向流动。发明设计巧妙便携，用途广泛，供电稳定性、模块化结构、可靠性高的特点，满足多种场合需求，其突出特点是能适应和调节不同规格输入的电源以及能量的双向流动，具有很高的市场应用价值。
在上述实施方式中，对各个实施方式的描述都各有侧重，某个实施方式中没有详述的部分，可以参见其它实施方式的相关描述。以上为对本发明所提供的宽输入双向供电电源装置的控制方法的描述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施方式的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种宽输入双向供电电源装置的控制方法，其特征在于，用于控制宽输入双向供电电源装置，该装置包括：储能电池组(1)、直流断路器(2)、电磁干扰滤波器(3)、第一双向多相多重斩波模块(4)、电感模块(5)、第二双向多相多重斩波模块(6)、双向直流/交流模块(7)、正弦波滤波器(8)、隔离并网变压器(9)、第一控制系统(10)和第二控制系统(11)；
所述储能电池组(1)的正负极两端通过所述直流断路器(2)与所述电磁干扰滤波器(3)连接，所述电磁干扰滤波器(3)与所述第一双向多相多重斩波模块(4)连接，所述第一双向多相多重斩波模块(4)通过所述电感模块(5)与所述第二双向多相多重斩波模块(6)连接，所述第二双向多相多重斩波模块(6)与所述双向直流/交流模块(7)连接，所述双向直流/交流模块(7)与所述正弦波滤波器连接，所述正弦波滤波器与负载连接以及通过所述隔离并网变压器(9)与负载或者电网连接，所述第一控制系统(10)与所述第一双向多相多重斩波模块(4)和所述第二双向多相多重斩波模块(6)连接，所述第二控制系统(11)与所述双向直流/交流模块(7)连接，所述第一控制系统(10)和所述第二控制系统(11)连接；
该方法包括：当该装置向负载或者电网提供能量时，控制所述第一双向多相多重斩波模块(4)和所述第二双向多相多重斩波模块(6)使所述储能电池组(1)输出第一直流电压给所述双向直流/交流模块(7)，控制所述双向直流/交流模块(7)将所述第一直流电压转换成第一交流电压；
当该装置存储能量时，控制所述双向直流/交流模块(7)将负载或者电网提供的第二交流电压转换成第二直流电压，控制所述第一双向多相多重斩波模块(4)和所述第二双向多相多重斩波模块(6)将所述第二直流电压输出给所述储能电池组(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一双向多相多重斩波模块(4)和所述第二双向多相多重斩波模块(6)均包括至少一个相结构，所述电感模块(5)包括至少一个电感器，电感器的数量与两个双向多相多重斩波模块中相结构的最大数量相同，同一个双向多相多重斩波模块中的多个相结构均并联，电容器与所述相结构并联，两个不同双向多相多重斩波模块中的相结构通过电感器连接。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述相结构包括两个开关管，每个双向多相多重斩波模块的每个相结构的上开关管的集电极均与电容器的一端连接，其发射极与下开关管的集电极连接，下开关管的发射极与电容器的另一端连接，两个双向多相多重斩波模块中的电容器的另一端相互连接，电感器的两端均分别连接在两个不同双向多相多重斩波模块中相结构的两个开关管之间。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述第一双向多相多重斩波模块(4)和所述第二双向多相多重斩波模块(6)中相结构的数量相同时，两个双向多相多重斩波模块中每个对应顺序的相结构的两个开关管之间均通过一个电感器连接。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当其中一个双向多相多重斩波模块的相结构为一个时，另一个双向多相多重斩波模块的相结构为至少两个时，各电感器的一端均与其中一个双向多相多重斩波模块的相结构连接，各电感器的另一端分别与另一个双向多相多重斩波模块的各相结构的两个开关管之间连接。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述双向直流/交流模块(7)包括至少一个相结构，多个相结构并联，每个所述相结构的上开关管的集电极均与所述第二双向多相多重斩波模块(6)中的电容器的一端连接，每个所述相结构的下开关管的发射极均与所述第二双向多相多重斩波模块(6)中的电容器的另一端连接。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述正弦波滤波器(8)包括至少一个电感器和至少一个电容器，所述正弦波滤波器(8)的电感器和电容器的数量、所述隔离并网变压器(9)的输入端和输出端的数量均与所述双向直流/交流模块(7)的相结构的数量相同，各电感器的一端均分别连接在所述双向直流/交流模块的各相结构的两个开关管之间，各电感器的另一端与所述隔离并网变压器(9)的各输入端连接以及通过交流开关与负载连接，所述隔离并网变压器(9)的各输出端通过交流开关与负载或者电网连接，各电容器的一端与各电感器的另一端连接，各电容器的另一端均连接在一起。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述储能电池组(1)的电压等级为低电压区间，且该装置向负载或者电网提供能量时，控制所述第一双向多相多重斩波模块(4)中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制所述第二双向多相多重斩波模块(6)为升压斩波模块，将所述储能电池组(1)中的电压升压到第一直流电压，控制所述双向直流/交流模块(7)将所述第一直流电压转换成所述第一交流电压输出给负载或者电网；
当所述储能电池组(1)的电压等级为低电压区间，且该装置存储能量时，控制所述双向直流/交流模块(7)将所述第二交流电压转换成所述第二直流电压，控制所述第一双向多相多重斩波模块(4)中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制所述第二双向多相多重斩波模块(6)为降压斩波模块，将所述第二直流电压降压后输出给所述储能电池组(1)。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述储能电池组(1)的电压等级为高电压区间，且该装置向负载或者电网提供能量时，控制所述第二双向多相多重斩波模块(6)中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制所述第一双向多相多重斩波模块(4)为降压斩波模块，将所述储能电池组(1)中的电压降压到所述第一直流电压，控制所述双向直流/交流模块(7)将所述第一直流电压转换成所述第一交流电压输出给负载或者电网；
当所述储能电池组(1)的电压等级为高电压区间，且该装置存储能量时，控制所述双向直流/交流模块(7)将所述第二交流电压转换成所述第二直流电压，控制所述第二双向多相多重斩波模块(6)中的所有上开关管常开，所有下开关管常闭，同时控制所述第一双向多相多重斩波模块(4)为升压斩波模块，将所述第二直流电压升压后输出给所述储能电池组(1)。
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| GR01 | Patent grant | ||
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