CN110719039A - 一种新型微电网储能装置供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型微电网储能装置供电系统，包括交流输入、交直流变换电路、直流变换电路、线性稳压电路、直流输出检测电路、直流输出、驱动电路、数模转换电路、人机交互电路和闭环控制电路，所述交流输入经过所述交直流变换电路转换为直流，所述交直流变换器电路的输出经过所述直流变换电路获得所述线性稳压电路的输入，所述线性稳压电路受到所述闭环控制电路的控制，所述线性稳压电路输出为所述直流输出，所述直流输出经过所述电压检测电路向所述闭环控制电路提供输入，所述闭环控制电路向所述人机交互电路提供数据，所述直流变换电路需要所述驱动电路提供输入信号。该供电电源纹波低，噪音小，并可在线交互和故障录波，提高了运行稳定性。

Description

一种新型微电网储能装置供电系统
技术领域
本发明涉及电源设备技术领域，具体的，涉及一种新型微电网储 能装置供电系统。
背景技术
近年来，风能、太阳能之类可再生、环境友好型新能源用于发电 的规模越来越大。然而，与传统同步发电机不同，风机、光伏电源等 分布式电源设备常会产生不稳定的供电，不符合一些需要稳定供电的 电气设备使用，限制了不稳定电源设备的使用程度。因此，为了满足 对各种环境条件下的用电需求，需要通过对不稳定电源设备输出的电 源进行稳压处理，并供给储能设备充电。目前，市场上的储能电源的 充电电源转换器一般采用开关电源，纹波高，噪音大，且存在运行过 程中无法进行在线交互和无故障录波与记录能力的问题，导致在实际 应用过程中出现故障或运行效果不佳时不易快速排出故障和调整输 出，限制了微电网储能装置的储能应用效果。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种 新型微电网储能装置供电系统，实现纹波低和在线调控的能量输出。
为了实现上述目的，本发明提供了一种新型微电网储能装置供电 系统，所述系统包括交流输入、交直流变换电路、直流变换电路、线 性稳压电路、直流输出检测电路、直流输出、驱动电路、数模转换电 路、人机交互电路和闭环控制电路，所述交流输入经过所述交直流变 换电路转换为直流，所述交直流变换器电路的输出经过所述直流变换 电路获得所述线性稳压电路的输入，所述线性稳压电路受到所述闭环 控制电路的控制，所述线性稳压电路输出为所述直流输出，所述直流 输出经过所述电压检测电路向所述闭环控制电路提供输入，所述闭环 控制电路向所述人机交互电路提供数据，所述直流变换电路需要所述驱动电路提供输入信号。
优选地，所述交直流变换电路为降压斩波电路连接LC滤波电路， 所述直流斩波电路采用PWM控制方式，所述PWM控制方式的占空 比为开通时间ton和周期T的比值，斩波电路的输入Uout与输出Uin 关系为：Uout＝(ton/T)Uin。
优选地，所述线性稳压电路采用线性稳压器，所述线性稳压电路 的输入包括采样实际值和设定值。
优选地，所述直流变换电路的输出电压随着所述直流输出的电压 变化而改变，并利用线性稳压电路将两端电压差保持恒定。
优选地，所述闭环控制电路用于计算实际电路输出与设定值的差 值，所述差值利用PID算法计算线性稳压器的输入。
优选地，所述闭环控制电路的根据比例参数、积分参数和微分参 数计算所述线性稳压电路的控制参考值输入值经过数模转换变为模 拟量进行控制。
优选地，所述电流采样采用电阻电流取样方法，电流经过放大器 转化为电压信号。
优选地，所述闭环控制电路计算通过测量参数与整定值对比判定 是否存在过流、过压等不正常状态。
优选地，所述人机交互平台直接设置所述闭环控制电路的PID控 制参数、保护整定值和输出电压参考值。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明利用闭环控制系统进行充电输出的监控，不单能够 让运行人员监测到系统的运行状态，还能够更加使装置给出更加稳定 的输出电压。
(2)本发明利用线性电路对输出电压进行稳压，降低了纹波和 噪声的影响。
(3)本发明通过人机交互平台对保护整定值和控制参考值进行 在线调整，方便了操作人员对装置进行在线的调整。
附图说明
图1为本发明的一种微电网储能装置供电系统的结构示意图；
图2为本发明的交直流变换电路图；
图3为本发明的直流变换电路图；
图4为本发明的线性稳压电路图；
图5为本发明专利的电流采样电路；
图6为本发明专利的电压采样电路；
图7为本发明专利的闭环控制流程图；
图8为本发明专利的人机交互流程。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所 附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于 说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
如图1所示，图1是本发明的一种微电网储能装置供电系统。所 述微电网储能装置供电系统包括交流输入、交直流变换电路、直流变 换电路、线性稳压电路、直流输出检测电路、直流输出、驱动电路、 数模转换电路、人机交互电路和闭环控制电路，所述交流输入经过所 述交直流变换电路转换为直流，所述交直流变换器电路的输出经过所 述直流变换电路获得所述线性稳压电路的输入，所述线性稳压电路受 到所述闭环控制电路的控制，所述线性稳压电路输出为所述直流输出， 所述直流输出经过所述电压检测电路向所述闭环控制电路提供输入， 所述闭环控制电路向所述人机交互电路提供数据，所述直流变换电路需要所述驱动电路提供输入信号。
如图2所示，图2是本发明的交直流变换电路，为了抑制电源的 电磁干扰(EMI)，在设备电源线入口处安装电网滤波器。所述交流电 源输入电压为新能源电源提供；所述交直流变换电路为降压斩波电路 连接LC滤波电路；交流变为直流由整流电路实现，整流电路采用桥 式整流电路；C1-C6为电容器，R1-R3为电阻，阻容电路为滤波电路。
图3是本发明的直流变换电路；所述直流变换电路开关管采用 IRF840；所述直流变换电路的驱动采用集成电路IR2117；IR2117采 用自举技术和悬浮通道设计的方式驱动MOSFET和IGBT功率管； 所述闭环控制电路的PWM输出信号输入到IR2117的管脚IN端。管 脚VB采用自举技术获得信号，管脚VB和管脚VS之间连接自举电 容C8，电容C8选用高频电容；管脚VB和管脚VCC之间连接快恢 复二极管D1，型号为FR107，当输入端IN为低电平时，电源VCC 通过二极管D；对电容C8进行充电至电源电压，当输入端IN变高 电平时，管脚HO输出高电平使功率开关管导通，其源极升到高压。 输入电压经过降压斩波电路后经过LC滤波得到平稳直流电压，送给 LDO电路，通过采样电阻，构成闭环系统。闭环控制设备将采样得 到的直流变换电路输出电压实际。
所述交流电源输入电压为新能源电源提供；所述交直流变换电路 为降压斩波电路连接LC滤波电路。直流变换电路位于输入交流电源 和线性稳压电路之间，起到隔离缓冲作用；所述直流斩波电路采用 PWM控制方式，所述PWM控制方式的占空比为开通时间ton和周期 T的比值，斩波电路的输入Uout与输出Uin关系为：Uout＝(ton/T)Uin。
图4是本发明专利的线性稳压电路；线性稳压电路的输入电压随 着电源输出电压的不同而改变，无论设定系统输出电压多大，都要保 证线性稳压电路两端的电压差值恒定，使得电源的效率提高。
所述直流变换电路输出电压随着所述直流输出的电压的不同而 改变，利用线性稳压电路两端电压差保持恒定。
图5和图6分别为本发明专利的电流采样电路和电压采样电路； 所述电流采样采用电阻电流取样方法，电流经过放大器转化为电压信 号；所述闭环控制电路经过计算确定是否存在过流、过压等不正常状 态时，释放控制信号。
如图7所示，图7是本发明专利闭环控制流程图；所述线性稳压 电路的输出为采样的实际值，所述设定值为稳压输出的目标值；所述 闭环控制电路用于计算实际电路输出与设定值的差值；所述差值利用 PID算法计算线性稳压器的输入信息进行比较。
进一步，所述闭环控制电路的控制流程如下：
步骤1、利用所述闭环控制电路的计算初始时刻采样值uo(k)；
步骤2、计算初始时刻采样值uo(k)与设定值的差值e(k)和e(k-1)；
步骤3、根据比例参数Kp、积分参数Ki和微分参数Kd，计算输 出值u(k)：
Figure BSA0000185498730000071
步骤4、输出u(k)通过数模转换电流控制线性稳压电路。
图8是本发明专利的人机交互流程；所述闭环控制电路连接至人 机交互平台，所述人机交互平台可以直接设置PID的控制参数，保护 整定值和输出电压参考值。
本发明转的储能装置供电电源与现有技术相比有如下的积极效 果：
1.能够降低输出电压纹波与噪声；
2.能够方便运行人员在线调试与监控；
3.可监视充电过程，提高装置稳定性。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所 提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本 领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换 或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种新型微电网储能装置供电系统，其特征在于，所述微电网储能装置供电系统包括交流输入、交直流变换电路、直流变换电路、线性稳压电路、直流输出检测电路、直流输出、驱动电路、数模转换电路、人机交互电路和闭环控制电路，所述交流输入经过所述交直流变换电路转换为直流，所述交直流变换器电路的输出经过所述直流变换电路获得所述线性稳压电路的输入，所述线性稳压电路受到所述闭环控制电路的控制，所述线性稳压电路输出为所述直流输出，所述直流输出经过所述电压检测电路向所述闭环控制电路提供输入，所述闭环控制电路向所述人机交互电路提供数据，所述直流变换电路需要所述驱动电路提供输入信号。
2.根据权利要求1所述的新型微电网储能装置供电系统，其特征在于，所述交直流变换电路为降压斩波电路连接LC滤波电路，所述直流斩波电路采用PWM控制方式，所述PWM控制方式的占空比为开通时间ton和周期T的比值，斩波电路的输入Uout与输出Uin关系为：Uout＝(ton/T)Uin。
3.根据权利要求1所述的新型微电网储能装置供电系统，其特征在于，所述线性稳压电路采用线性稳压器，所述线性稳压电路的输入包括采样实际值和设定值。
4.根据权利要求1所述的新型微电网储能装置供电系统，其特征在于，所述直流变换电路的输出电压随着所述直流输出的电压变化而改变，并利用线性稳压电路将两端电压差保持恒定。
5.根据权利要求1所述的新型微电网储能装置供电系统，其特征在于，所述闭环控制电路用于计算实际电路输出与设定值的差值，所述差值利用PID算法计算线性稳压器的输入。
6.根据权利要求1所述的新型微电网储能装置供电系统，其特征在于，所述闭环控制电路的根据比例参数、积分参数和微分参数计算所述线性稳压电路的控制参考值输入值经过数模转换变为模拟量进行控制。
7.根据权利要求1所述的新型微电网储能装置供电系统，其特征在于，所述电流采样采用电阻电流取样方法，电流经过放大器转化为电压信号。
8.根据权利要求1所述的新型微电网储能装置供电系统，其特征在于，所述闭环控制电路计算通过测量参数与整定值对比判定是否存在过流、过压等不正常状态。
9.根据权利要求1所述的新型微电网储能装置供电系统，其特征在于，所述人机交互平台直接设置所述闭环控制电路的PID控制参数、保护整定值和输出电压参考值。
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