CN110112768A - 一种并联使用多个波动功率电源的系统及其方法 - Google Patents

一种并联使用多个波动功率电源的系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种并联使用多个波动功率电源的系统和方法，所述系统包括：至少两个输入端电路，设置于每个电源输出端，每个输入端电路均有包括依次连接的整流滤波电路、可调稳压电路；基于boost电路的控制模块，连接于每个可调稳压电路输出端与负载之间，用于根据对各电源功率和电压的实时监测实时控制电路的通断保证各电源并联时无环流以及输出电压的可调和稳定。与现有的技术对比，本发明采用实时监控、并利用全控型器件实时控制的方法，避免了电源电压不稳定的时候多个并联电源间产生环流，并且使得输出的电压可以调节。

Description

一种并联使用多个波动功率电源的系统及其方法
技术领域
本发明涉及新能源发电领域，具体涉及一种并联使用多个波动功率电源的系统及其方法。
背景技术
自能源危机爆发以来，波浪能、太阳能等新能源发电方式越来越受到人们的关注。虽然现在新能源发电方式能够在单体设备上做到功率、电压等级都足够，但是存在的问题是新能源发电方式往往不如火电稳定，其功率、电压都会有一定的波动。如果直接将两个或者多个不稳定电源进行并联，在电压波动的时候就会在电源之间形成环流，造成能量的损耗以及设备的发热损坏。
发明内容
本发明的主要目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种并联使用多个波动功率电源的系统及方法，利用稳压电路以及对功率和电压的实时监测、实时控制电路的通断二重保障来保证并联时的无环流以及输出电压的可调、稳定。
本发明的目的可以通过以下技术方案达到：
一种并联使用多个波动功率电源的系统，包括：
至少两个输入端电路，设置于每个电源输出端，每个输入端电路均有包括依次连接的整流滤波电路、可调稳压电路；
基于boost电路的控制模块，连接于每个可调稳压电路输出端与负载之间，用于根据对各电源功率和电压的实时监测实时控制电路的通断保证各电源并联时无环流以及输出电压的可调和稳定。
进一步地，所述的基于boost电路的控制模块包括：
至少两个IGBT通断电路，各IGBT通断电路的输入端分别连接于对应可调稳压电路的输出端，各IGBT通断电路的输出端与大电容电路连接，所述大电容与所述负载并联连接；
IGBT驱动电路，分别通过IGBT驱动电路输出端和IGBT驱动电路输入端102连接各IGBT通断电路和单片机；
至少两个功率采集器，连接于各所述整流滤波电路之后、可调稳压电路之前，用于得到当前的功率周期内的功率平均值；
至少两个电压采集器，连接于各所述可调稳压电路输出端，感应得到当前电压大小；
AD转换器，用于将所述功率周期内的功率平均值和当前电压大小转换为数字信号输入到单片机；
单片机，分别通过单片机输出端和单片机输入端连接AD转换器和IGBT驱动电路，用于根据各电源功率分配各个电源对应的IGBT通断电路的可关断的时间区间以及确定各个IGBT通断电路的真实关断时间。
进一步地，所述的IGBT通断电路包括有大电感、二极管、IGBT8，所述IGBT8的门极与IGBT驱动电路相连接，发射极分别与所述大电容的一端和对应可调稳压电路的输出端相连接，集电极分别与大电感的一端和二极管的正极相连接，所述二极管的负极与大电容的另一端相连接，所述大电感的另一端与对应可调稳压电路的输出端相连接。
进一步地，所述大电感的电感量大于ΔI为允许的最大输出电流纹波，P为当前功率周期T内各个电源输出功率的总和；所述大电容的电容量大于ΔU为允许的最大输出电压纹波。
进一步地，所述可调稳压电路的输出电压在电源的输出平均电压之下可调。
一种并联使用多个波动功率电源的方法，包括步骤：
S1、获取当前功率周期T内各个电源输出功率；
S2、根据各个电源的功率分配各个电源对应的IGBT可关断的时间；
S3、获取当前稳压电路的输出电压；
S4、根据稳压电路输出电压确定各个IGBT真实关断时间；
S5、根据各个IGBT真实关断时间控制各IGBT的通断，维持输出功率、电压的稳定。
进一步地，步骤S1中，当前各个电源输出功率为各个电源当前功率周期T内的功率平均值。
进一步地，步骤S2具体包括：
计算当前功率周期T内各个电源输出功率的总和:
P＝P1+P2+....Pn
其中，n等于各个电源的数量；
计算当前功率周期T内各个电源输出功率与所述总和的比值；
计算各个的IGBT在每个功率周期T内对应的关断时间区间Ti，所述关断时间区间Tn等于当前功率周期T乘以对应的电源输出功率与所述总和的比值：
Ti＝T*(Pn/P),
其中，i＝1,2,3....n。
进一步地，步骤S4中，各个IGBT真实关断时间由所述负载端输出电压和稳压电路输出电压的关系确定：
式中，toff为IGBT实际关断时间，E为稳压输出的电压，U为负载端输出电压，T为功率周期。
本发明与现有的技术对比，具有以下优点和有益效果：
本发明采用实时监控、并利用全控型器件实时控制的方法，避免了电源电压不稳定的时候多个并联电源间产生环流，并且使得输出的电压可以调节。
附图说明
图1为本发明所述接于发电机的输入端电路；
图2为本发明所述并联供电输出端电路；
图3为本发明所述控制IGBT通断时间的逻辑。
图中，1-整流滤波电路，2-可调稳压电路，3-功率采集器，4-电压互感器，5-大电感，6-大电容，7-二极管，8-IGBT，9-负载，10-IGBT驱动电路，101-IGBT驱动电路输出端，102-IGBT驱动电路输入端，11-单片机，111-单片机输出端，112-单片机输入端；12-AD转换器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例公开了一种并联使用多个波动功率电源的系统，用以避免电源电压不稳定的时候多个并联电源间产生环流，并且使得输出的电压可以调节。以波浪能发电与光伏发电并联为例，所述并联使用多个波动功率电源的系统，包括：
两个输入端电路，设置于每个电源输出端，每个输入端电路均有包括依次连接的整流滤波电路1、可调稳压电路2；
基于boost电路的控制模块，连接于每个可调稳压电路2输出端与负载9之间，用于根据对各电源功率和电压的实时监测实时控制电路的通断保证各电源并联时无环流以及输出电压的可调和稳定。
所述的基于boost电路的控制模块包括：
两个IGBT通断电路，各IGBT通断电路的输入端分别连接于对应可调稳压电路2的输出端，各IGBT通断电路的输出端与大电容6电路连接；
IGBT驱动电路10，分别通过IGBT驱动电路输出端101和IGBT驱动电路输入端102连接各IGBT通断电路和单片机11；
两个功率采集器，连接于各所述整流滤波电路1之后、可调稳压电路2之前，用于得到当前的功率周期内的平均值信息；
两个电压采集器，连接于各所述可调稳压电路2输出端，感应得到当前电压大小；
AD转换器12，用于将所述功率周期内的平均值信息和当前电压大小转换为数字信号输入到单片机11；
单片机11，分别通过单片机输出端111和单片机输入端112连接AD转换器12和IGBT驱动电路10，用于根据各电源功率分配各个电源对应的IGBT通断电路的可关断的时间区间以及确定各个IGBT通断电路的真实关断时间。
每个所述的IGBT通断电路包括有大电感5、二极管7、IGBT8，所述IGBT8的门极与IGBT驱动电路10相连接，发射极分别与所述大电容6的一端和对应可调稳压电路2的输出端相连接，集电极分别与大电感5的一端和二极管的正极相连接，所述二极管7的负极与大电容6的另一端相连接，所述大电感5的另一端与对应可调稳压电路2的输出端相连接。所述大电感5的电感量大于ΔI为允许的最大输出电流纹波，P为当前功率周期T内各个电源输出功率的总和；所述大电容6的电容量大于ΔU为允许的最大输出电压纹波。
本实施例首先将发电模块通过全桥整流电路以及电容滤波，得到较为平缓的输出电压，由于电容的缓冲作用，此时输出到给稳压电路的电压虽然依旧还是发电机发出的平均电压，但是电压波动已经大大削弱。
为方便控制，经过整流、滤波后的电能再接到可调稳压电路2，使得输出的电压进一步稳定，可调稳压电路的输出电压在发电机输出平均电压之下可调。
接着便是发电机出线端接的电路，即并联供电电路的输入端电路。
由于实际使用中不论是波浪能发电还是光伏发电发出来的电压、功率都和当前的环境息息相关，即电压、功率都是变化的。输入端接的整流、稳压电路能够保证一定程度上输出电压的稳定，但是实际上选取的储能与案件即电容、电感并非真正意义上的无穷大，在功率波动的时候可能会硬性稳压电路的性能，使得输出电压有一定的波动。
为解决以上问题，在每个可调稳压电路2输出端还需要接上基于boost电路的控制模块，在IGBT8开通的时候可调稳压电路2给对应的大电感5充电，大电容6单独给负载9供电；IGBT8关断的时候大电感5、发电机同时给与负载9并联的大电容6充电、给负载9供电。两个或者多个IGBT8不会同时关断，各个IGBT8开通的时间由单片机11通过IGBT驱动电路10来进行控制。单片机11实时采集发电机的输出功率，基于功率来控制多个IGBT8的开通和关断。
其控制的逻辑如图3所示，一种并联使用多个波动功率电源的方法，包括步骤：
S1、获取当前功率周期T内各个电源输出功率
功率采集器接于整流电路之后、稳压电路之前，将当前的功率周期内的平均值信息输入到单片机中。
S2、根据各个电源的功率分配各个电源对应的IGBT可关断的时间
对应的IGBT关断的时候电源真正开始提供有功功率(在IGBT开通时只是给大电感充电)，因此为了最大限度平衡各个电源，将一个大周期分成两部分，以二个电源为例，步骤S2具体包括：
计算当前功率周期T内各个电源输出功率的总和:
P＝P1+P2；
计算当前功率周期T内各个电源输出功率与所述总和的比值；
计算各个的IGBT在每个功率周期T内对应的关断时间区间Ti，所述关断时间区间Tn等于当前功率周期T乘以对应的电源输出功率与所述总和的比值：
T1＝T*(P1/P)
T2＝T*(P2/P)
一个周期内，第一个IGBT8只能在0-T1的时间内关断，第二个IGBT8只能在T1-T的时间内关断。
S3、获取当前稳压电路的输出电压
所述电压互感器接于可调稳压电路2的输出端，感应得到当前电压大小并通过AD转换器12转换为数字信号输入到单片机11。
S4、根据稳压电路输出电压确定各个IGBT真实关断时间：
由于输出端的大电感5、大电容6选择的都极大，各个IGBT真实关断时间由所述负载端输出电压和稳压电路输出电压的关系确定：
式中，toff为IGBT8实际关断时间，E为稳压输出的电压，U为负载端输出电压，T为功率周期。
S5、根据各个IGBT真实关断时间控制各IGBT的通断，维持输出功率、电压的稳定。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种并联使用多个波动功率电源的系统，其特征在于，包括：
至少两个输入端电路，设置于每个电源输出端，每个输入端电路均有包括依次连接的整流滤波电路(1)、可调稳压电路(2)；
基于boost电路的控制模块，连接于每个可调稳压电路(2)输出端与负载(9)之间，用于根据对各电源功率和电压的实时监测实时控制电路的通断保证各电源并联时无环流以及输出电压的可调和稳定。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的基于boost电路的控制模块包括：
至少两个IGBT通断电路，各IGBT通断电路的输入端分别连接于对应可调稳压电路(2)的输出端，各IGBT通断电路的输出端与大电容(6)电路连接，所述大电容(6)与所述负载(9)并联连接；
IGBT驱动电路(10)，分别通过IGBT驱动电路输出端(101)和IGBT驱动电路输入端(102)连接各IGBT通断电路和单片机(11)；
至少两个功率采集器，连接于各所述整流滤波电路(1)之后、可调稳压电路(2)之前，用于得到当前的功率周期内的功率平均值；
至少两个电压采集器，连接于各所述可调稳压电路(2)输出端，感应得到当前电压大小；
AD转换器(12)，用于将所述功率周期内的功率平均值和当前电压大小转换为数字信号输入到单片机(11)；
单片机(11)，分别通过单片机输出端(111)和单片机输入端(112)连接AD转换器(12)和IGBT驱动电路(10)，用于根据各电源功率分配各个电源对应的IGBT通断电路的可关断的时间区间以及确定各个IGBT通断电路的真实关断时间。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的IGBT通断电路包括有大电感(5)、二极管(7)、IGBT(8)，所述IGBT(8)的门极与IGBT驱动电路(10)相连接，发射极分别与所述大电容(6)的一端和对应可调稳压电路(2)的输出端相连接，集电极分别与大电感(5)的一端和二极管的正极相连接，所述二极管(7)的负极与大电容(6)的另一端相连接，所述大电感(5)的另一端与对应可调稳压电路(2)的输出端相连接。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述大电感(5)的电感量大于ΔI为允许的最大输出电流纹波，P为当前功率周期T内各个电源输出功率的总和；所述大电容(6)的电容量大于ΔU为允许的最大输出电压纹波。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可调稳压电路(2)的输出电压在电源的输出平均电压之下可调。
6.一种并联使用多个波动功率电源的方法，其特征在于，包括步骤：
S1、获取当前功率周期T内各个电源输出功率；
S2、根据各个电源的功率分配各个电源对应的IGBT可关断的时间；
S3、获取当前稳压电路的输出电压；
S4、根据稳压电路输出电压确定各个IGBT真实关断时间；
S5、根据各个IGBT真实关断时间控制各IGBT的通断，维持输出功率、电压的稳定。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S1中，当前各个电源输出功率为各个电源当前功率周期T内的功率平均值。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
计算当前功率周期T内各个电源输出功率的总和:
P＝P1+P2+....Pn
其中，n等于各个电源的数量；
计算当前功率周期T内各个电源输出功率与所述总和的比值；
计算各个的IGBT在每个功率周期T内对应的关断时间区间Ti，所述关断时间区间Tn等于当前功率周期T乘以对应的电源输出功率与所述总和的比值：
Ti＝T*(Pn/P),
其中，i＝1,2,3....n。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S4中，各个IGBT真实关断时间由所述负载端输出电压和稳压电路输出电压的关系确定：
式中，toff为IGBT实际关断时间，E为稳压输出的电压，U为负载端输出电压，T为功率周期。
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