CN111917401B - 一种太阳能发电储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种太阳能发电储能系统，占空比控制信号产生电路经计算出光伏阵列输出功率信号变化率，一路作控制电压，另一路在变化率反向变化时，继电器K1线圈得电；占空比可调电路将修正后的控制器输出电压信号，转换为一定时长的高电平，与控制电压进行比较，输出占空比可调的高电平，分别经非门、与非门逻辑运算后作触发器的CP脉冲；控制脉冲补偿电路将控制器控制脉冲转换为直流电压，再与负载变化量信号耦合，得出修正后的控制器输出电压信号，进入压控振荡器产生方波脉冲，方波脉冲分别进入触发器U1、U2，在CP脉冲的控制下，输出补偿后的控制脉冲，控制超级电容器组充电或放电的能量，及时弥补信号的动态误差，提高了控制的精度和实时性。

Description

一种太阳能发电储能系统
技术领域
本发明涉及太阳能发电储能技术领域，特别是涉及一种太阳能发电储能系统。
背景技术
由于太阳能发电属于非理想性的再生能源，随着日照环境、角度与温度的快速变化，光伏阵列的输出能量既不稳定，产生的电力有显著的不同，而对于其负载无论太阳能产生的电力如何都可能要运行，基于此，目前的太阳能发电储能系统除了光伏阵列、蓄电池组、控制器、负载外，还设置超级电容器组，控制器根据光伏阵列的输出能量、负载的功率，输出控制脉冲以光伏阵列、超级电容器组充电或放电、蓄电池组的方式向负载供电，保证负载供电的同时，使蓄电池处于较理想的工作状态，并使充放电循环次数最少。
但由于光伏阵列的输出能量既不稳定及控制器控制周期的设置会造成控制器输出控制脉冲难以实时应变，造成控制不够精确，影响系统性能的问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种太阳能发电储能系统，有效的解决了现有控制方式难以实时应变，造成的控制不够精确的问题。
其解决的技术方案是，包括光伏阵列、超级电容器组、蓄电池组、控制器、负载，所述控制器根据光伏阵列的输出能量、负载的功率，输出控制脉冲以光伏阵列、超级电容器组充电或放电、蓄电池组的方式向负载供电，其特征在于，所述控制脉冲还经占空比控制信号产生电路、占空比可调电路、控制脉冲补偿电路补偿；
所述占空比控制信号产生电路接收光伏阵列输出功率信号，采用积分器计算出变化率，一路经分压后作控制电压，另一路在变化率反向变化时，三极管Q1导通、晶闸管VTL1导通、继电器K1线圈得电；
所述占空比可调电路接收修正后的控制器输出电压信号，经三极管Q4为核心的充电电路产生一定时长的高电平，一定时长的高电平进入运算放大器AR2与控制电压进行比较，输出占空比可调的高电平，占空比可调的高电平经非门作触发器U1的CP脉冲，占空比可调的高电平和一定时长的高电平经与非门作触发器U2的CP脉冲；
所述控制脉冲补偿电路通过环路滤波器将控制器控制脉冲转换为直流电压，直流电压与负载变化量信号耦合，得出修正后的控制器输出电压信号，进入运算放大器AR3、AR4为核心的压控振荡器产生方波脉冲，方波脉冲分别进入触发器U1、触发器U2，在CP脉冲的控制下，输出补偿后的控制脉冲，控制超级电容器组充电或放电的能量，进而确保所需的负载功率。
优选的，所述控制脉冲补偿电路包括电阻R6，电阻R6的一端连接控制器输出的控制脉冲，电阻R6的另一端分别连接电阻R8的一端、电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接接地电阻R7的一端、接地电容C5的一端，电阻R8的另一端分别连接运算放大器AR3的反相输入端、电阻R21的一端、电阻R11的一端，电阻R21的另一端连接负载变化量信号，运算放大器AR3的同相输入端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接接地电阻R10的一端、二极管D5的负极，运算放大器AR3的输出端连接二极管D4的负极，二极管D4的正极分别连接电阻R11的另一端、运算放大器AR4的同相输入端，运算放大器AR4的反相输入端分别连接电阻R12的一端、电解电容E4的正极，电解电容E4的负极连接地，运算放大器AR4的输出端分别连接电阻R12的另一端、二极管D5的正极、触发器U1的D端、触发器U2的D端，触发器U1的Q端连接超级电容器组供电开关，触发器U2的Q端连接超级电容器组充电开关。
本发明的有益效果是：通过环路滤波器将控制器控制脉冲转换为直流电压，直流电压与负载变化量信号耦合，实时补偿负载变化量的误差，提高了需控制信号的精度；
修正后的控制器输出电压信号一路经压控振荡器产生方波脉冲，进入触发器U1和U2的D端，另一路经充电电路产生一定时长的高电平，进入运算放大器AR2与根据光伏阵列输出功率提供的控制电压进行比较，输出占空比可调的高电平，经非门NOT1反相、经闭合的继电器K1常开触点K1-2作触发器U1的CP脉冲，经非门NOT1反相后电平和一定时长的高电平进入与非门NOT2进行逻辑运算，最后经继电器K1的常闭触点K1-1作触发器U2的CP脉冲，触发器U1、U2的Q端输出CP脉冲的时期内的方波脉冲，控制以光伏阵列、超级电容器组充电或放电、蓄电池组的方式向负载供电，提高控制信号的精度，在保证负载供电的同时，控制超级电容器组充电或放电量，及时弥补信号的动态误差，提高了控制的精度和实时性。
附图说明
图1为本发明的占空比控制信号产生电路原理图。
图2为本发明的占空比可调电路原理图。
图3为本发明的控制脉冲补偿电路原理图。
图4为本发明的结构框图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图4对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
一种太阳能发电储能系统，包括光伏阵列、超级电容器组、蓄电池组、控制器、负载，所述控制器根据光伏阵列的输出能量、负载的功率，输出控制脉冲以光伏阵列、超级电容器组充电或放电、蓄电池组的方式向负载供电，所述控制脉冲还经占空比控制信号产生电路、占空比可调电路、控制脉冲补偿电路补偿；
所述占空比控制信号产生电路接收光伏阵列输出功率信号，采用积分器总计一段时间内的光伏阵列输出功率信号变化率，一路经电阻R4和电位器RP1分压后作控制电压，加到占空比可调电路中运算放大器AR2的同相输入端，调节输出的占空比，另一路在变化率反向变化时，经稳压管Z1向电容C3和电阻R5充电，由于三极管Q1的发射极连接的是上次输出的控制电压，延时使三极管Q1发射结正偏，三极管Q1导通、晶闸管VTL1导通、继电器K1线圈得电，继电器K1的常开触点K1-2、常闭触点K1-1动作；
所述占空比可调电路接收修正后的控制器输出电压信号，经三极管Q4为核心的充电电路产生一定时长的高电平，一定时长的高电平进入运算放大器AR2的反相输入端与同相输入端接入的控制电压进行比较，输出占空比可调的高电平，控制电压越高，占空比越大、输出脉宽越宽，经占空比调节后的高电平经非门NOT1反相、经闭合的继电器K1常开触点K1-2作触发器U1的CP脉冲，经非门NOT1反相后电平和一定时长的高电平进入与非门NOT2进行逻辑运算，最后经继电器K1的常闭触点K1-1作触发器U2的CP脉冲；
所述控制脉冲补偿电路通过环路滤波器将控制器控制脉冲转换为直流电压，直流电压与负载变化量信号耦合，实时补偿负载变化量的误差，提高需控制信号的精度，得出修正后的控制器输出电压信号，弥补控制器通常根据控制周期的采集负载变化量和光伏阵列输出功率信号变化量，再调节输出控制脉冲难以实时应变的问题，之后进入压控振荡器产生方波脉冲，方波脉冲分别进入触发器U1的D端、触发器U2的D端，触发器U1逻辑运算，在CP脉冲到来时，触发器U1的Q端输出CP脉冲的时期内的方波脉冲，驱动超级电容器组供电开关的开关频率，实现在光伏阵列输出功率信号反向变化，控制以光伏阵列、超级电容器组放电、蓄电池组的方式向负载供电，触发器U2逻辑运算在CP脉冲到来时，触发器U2的Q端输出CP脉冲的时期内的方波脉冲，也即输出补偿后的控制脉冲，驱动超级电容器组充电开关的开关频率，实现在光伏阵列输出功率信号正向变化时，控制以光伏阵列、超级电容器组充电、蓄电池组的方式向负载供电，在保证负载供电的同时，控制超级电容器组充电或放电量，及时弥补信号的动态误差，提高了控制的精度和实时性。
在上述技术方案中，所述占空比控制信号产生电路接收光伏阵列输出功率信号（可采用现有的最大功率跟踪法检测光伏阵列的输出电压、电流，经乘积得出功率信号，也可由功率计测量给出，为现有技术，在此不再详述），采用运算放大器AR1、电容C1和C2、电阻R1组成的积分器总计一段时间内的光伏阵列输出功率信号变化率，一路经电阻R4和电位器RP1分压后作控制电压，加到占空比可调电路中运算放大器AR2的同相输入端，调节输出的占空比，加到另一路在变化率反向变化时，也即光伏阵列输出功率信号为0或正向变化变为负向变化，或是负向变化变为正向变化时，经稳压管Z1向电容C3和电阻R5充电，由于三极管Q1的发射极连接的是上次输出的控制电压，延时使三极管Q1发射结正偏，三极管Q1导通、晶闸管VTL1导通、继电器K1线圈得电，继电器K1的常开触点K1-2、常闭触点K1-1动作，包括电容C1、电容C2、运算放大器AR1、电阻R1，电容C1的一端、电容C2的一端、运算放大器AR1的反相输入端、电阻R1的一端均接收光伏阵列输出功率信号，电容C1的另一端、运算放大器AR1的同相输入端连接地，运算放大器AR1的输出端分别连接电阻R1的另一端、电容C2的另一端、电阻R20的一端，电阻R20的另一端分别连接稳压管Z1的负极、晶闸管VTL1的阳极、电阻R4的一端，稳压管Z1的正极分别连接接地电容C3的一端、接地电阻R5的一端、三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阴极分别连接继电器K1线圈的一端、二极管D3的负极，继电器K1线圈的另一端、二极管D3的正极连接地，电阻R4的另一端连接电位器RP1的左端，电位器RP1的可调端和电解电容E1的正极、三极管Q1的发射极为占空比控制信号产生电路的输出信号，电位器RP1的右端和电解电容E1的负极连接地。
在上述技术方案中，所述占空比可调电路接收修正后的控制器输出电压信号，经三极管Q4为核心的充电电路产生一定时长的高电平，具体的电压信号到来时，电压通过二极管D1连接到三极管Q4的发射极，同时通过电阻R2、电阻R3连接到三极管Q4的基极，由于电压对电解电容E2充电，三极管Q4的基极在上电刚开始的一段时间内比三极管Q4的发射极电压低，此时，三极管Q4导通，三极管Q4的集电极输出一定时长的高电平，一定时长的高电平进入运算放大器AR2的反相输入端与同相输入端接入的控制电压进行比较，输出占空比可调的高电平，控制电压越高，占空比越大、输出脉宽越宽，经占空比调节后的高电平经非门NOT1反相、经闭合的继电器K1常开触点K1-2作触发器U1的CP脉冲，经非门NOT1反相后电平和一定时长的高电平进入与非门NOT2进行逻辑运算，最后经继电器K1的常闭触点K1-1作触发器U2的CP脉冲，包括二极管D1、二极管D2、电阻R2，二极管D1的正极、二极管D2的负极、电阻R2的一端均连接电阻R6的另一端，二极管D1的正极分别连接电阻R2的另一端、电阻R3的一端、电解电容E3的正极，电解电容E3的负极连接地，电阻R3的另一端连接三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极分别连接二极管D1的负极、电解电容E2的正极，电解电容E2的负极连接地，三极管Q4的集电极分别连接运算放大器AR2的反相输入端、与非门NOT2的引脚1，运算放大器AR2的同相输入端连接占空比控制信号产生电路的输出信号，运算放大器AR2的输出端连接非门NOT1的引脚1，非门NOT1的引脚2分别连接与非门NOT2的引脚2、继电器K1的常开触点K1-2的左端，继电器K1的常开触点K1-2的右端连接触发器U1的CP端，与非门NOT2的引脚3连接继电器K1的常闭触点K1-1的左端，继电器K1的常闭触点K1-1的右端连接触发器U2的CP端。
在上述技术方案中，所述控制脉冲补偿电路通过电阻R6、电阻R7、电容C4、电容C5组成的环路滤波器将控制器控制脉冲转换为直流电压，直流电压与负载变化量（由功率计测量带负载功率，与原有带负载功率的差值得出，此为现有技术，在此不再详述）信号耦合，实时补偿负载变化量的误差，提高需控制信号的精度，得出修正后的控制器输出电压信号，弥补控制器通常根据控制周期的采集负载变化量和光伏阵列输出功率信号变化量，再调节输出控制脉冲难以实时应变的问题，进入运算放大器AR3、AR4、电阻R9-电阻R12、二极管D4和D5、电解电容E4组成的压控振荡器产生方波脉冲，方波脉冲分别进入触发器U1的D端、触发器U2的D端，由于触发器U1的CP端接入的是经占空比调节后的高电平再经非门NOT1反相、经闭合的继电器K1常开触点K1-2的提供CP脉冲，触发器U1逻辑运算在CP脉冲到来时，触发器U1的Q端输出CP脉冲的时期内的方波脉冲，驱动超级电容器组供电开关的开关频率，实现在光伏阵列输出功率信号反向变化，控制以光伏阵列、超级电容器组放电、蓄电池组的方式向负载供电，由于触发器U2的CP端接入的是经非门NOT1反相后电平和一定时长的高电平进入与非门NOT2进行逻辑运算，最后经继电器K1的常闭触点K1-1的CP脉冲，触发器U2逻辑运算在CP脉冲到来时，触发器U2的Q端输出CP脉冲的时期内的方波脉冲，驱动超级电容器组充电开关的开关频率，实现在光伏阵列输出功率信号正向变化时，控制以光伏阵列、超级电容器组充电、蓄电池组的方式向负载供电，在保证负载供电的同时，控制超级电容器组充电或放电量，及时弥补信号的动态误差，提高了控制的精度和实时性，使蓄电池处于较理想的工作状态，并使充放电循环次数最少，包括电阻R6，电阻R6的一端连接控制器输出的控制脉冲，电阻R6的另一端分别连接电阻R8的一端、电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接接地电阻R7的一端、接地电容C5的一端，电阻R8的另一端分别连接运算放大器AR3的反相输入端、电阻R21的一端、电阻R11的一端，电阻R21的另一端连接负载变化量信号，运算放大器AR3的同相输入端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接接地电阻R10的一端、二极管D5的负极，运算放大器AR3的输出端连接二极管D4的负极，二极管D4的正极分别连接电阻R11的另一端、运算放大器AR4的同相输入端，运算放大器AR4的反相输入端分别连接电阻R12的一端、电解电容E4的正极，电解电容E4的负极连接地，运算放大器AR4的输出端分别连接电阻R12的另一端、二极管D5的正极、触发器U1的D端、触发器U2的D端，触发器U1的Q端连接超级电容器组供电开关，触发器U2的Q端连接超级电容器组充电开关。
本发明具体使用时，所述占空比控制信号产生电路接收光伏阵列输出功率信号，采用运算放大器AR1、电容C1和C2、电阻R1组成的积分器总计一段时间内的光伏阵列输出功率信号变化率，一路经电阻R4和电位器RP1分压后作控制电压，加到占空比可调电路中运算放大器AR2的同相输入端，调节输出的占空比，加到另一路在变化率反向变化时，经稳压管Z1向电容C3和电阻R5充电，由于三极管Q1的发射极连接的是上次输出的控制电压，延时使三极管Q1发射结正偏，三极管Q1导通、晶闸管VTL1导通、继电器K1线圈得电，继电器K1的常开触点K1-2、常闭触点K1-1动作，所述占空比可调电路接收修正后的控制器输出电压信号，经三极管Q4为核心的充电电路产生一定时长的高电平，一定时长的高电平进入运算放大器AR2的反相输入端与同相输入端接入的控制电压进行比较，输出占空比可调的高电平，控制电压越高，占空比越大、输出脉宽越宽，经占空比调节后的高电平经非门NOT1反相、经闭合的继电器K1常开触点K1-2作触发器U1的CP脉冲，经非门NOT1反相后电平和一定时长的高电平进入与非门NOT2进行逻辑运算，最后经继电器K1的常闭触点K1-1作触发器U2的CP脉冲，所述控制脉冲补偿电路通过电阻R6、电阻R7、电容C4、电容C5组成的环路滤波器将控制器控制脉冲转换为直流电压，直流电压与负载变化量信号耦合，实时补偿负载变化量的误差，提高需控制信号的精度，得出修正后的控制器输出电压信号，进入运算放大器AR3、AR4、电阻R9-电阻R12、二极管D4和D5、电解电容E4组成的压控振荡器产生方波脉冲，方波脉冲分别进入触发器U1的D端、触发器U2的D端，触发器U1逻辑运算在CP脉冲到来时，触发器U1的Q端输出CP脉冲的时期内的方波脉冲，驱动超级电容器组供电开关的开关频率，实现在光伏阵列输出功率信号反向变化，控制以光伏阵列、超级电容器组放电、蓄电池组的方式向负载供电，触发器U2逻辑运算在CP脉冲到来时，触发器U2的Q端输出CP脉冲的时期内的方波脉冲，驱动超级电容器组充电开关的开关频率，实现在光伏阵列输出功率信号正向变化时，控制以光伏阵列、超级电容器组充电、蓄电池组的方式向负载供电，提高控制信号的精度，在保证负载供电的同时，控制超级电容器组充电或放电量，及时弥补信号的动态误差，提高了控制的精度和实时性。

Claims (4)

1.一种太阳能发电储能系统，包括光伏阵列、超级电容器组、蓄电池组、控制器、负载，所述控制器根据光伏阵列的输出能量、负载的功率，输出控制脉冲以光伏阵列、超级电容器组充电或放电、蓄电池组的方式向负载供电，其特征在于，所述控制脉冲还经占空比控制信号产生电路、占空比可调电路、控制脉冲补偿电路补偿；
所述占空比控制信号产生电路接收光伏阵列输出功率信号，采用积分器计算出变化率，一路经分压后作控制电压，另一路在变化率反向变化时，三极管Q1导通、晶闸管VTL1导通、继电器K1线圈得电；
所述占空比可调电路接收修正后的控制器输出电压信号，经三极管Q4为核心的充电电路产生一定时长的高电平，一定时长的高电平进入运算放大器AR2与控制电压进行比较，输出占空比可调的高电平，占空比可调的高电平经非门作触发器U1的CP脉冲，占空比可调的高电平和一定时长的高电平经与非门作触发器U2的CP脉冲；
所述控制脉冲补偿电路通过环路滤波器将控制器控制脉冲转换为直流电压，直流电压与负载变化量信号耦合，得出修正后的控制器输出电压信号，进入运算放大器AR3、AR4为核心的压控振荡器产生方波脉冲，方波脉冲分别进入触发器U1、触发器U2，在CP脉冲的控制下，输出补偿后的控制脉冲，控制超级电容器组充电或放电的能量，进而确保所需的负载功率。
2.如权利要求1所述的一种太阳能发电储能系统，其特征在于，所述占空比控制信号产生电路包括电容C1、电容C2、运算放大器AR1、电阻R1，电容C1的一端、电容C2的一端、运算放大器AR1的反相输入端、电阻R1的一端均接收光伏阵列输出功率信号，电容C1的另一端、运算放大器AR1的同相输入端连接地，运算放大器AR1的输出端分别连接电阻R1的另一端、电容C2的另一端、电阻R20的一端，电阻R20的另一端分别连接稳压管Z1的负极、晶闸管VTL1的阳极、电阻R4的一端，稳压管Z1的正极分别连接接地电容C3的一端、接地电阻R5的一端、三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阴极分别连接继电器K1线圈的一端、二极管D3的负极，继电器K1线圈的另一端、二极管D3的正极连接地，电阻R4的另一端连接电位器RP1的左端，电位器RP1的可调端和电解电容E1的正极、三极管Q1的发射极为占空比控制信号产生电路的输出信号，电位器RP1的右端和电解电容E1的负极连接地。
3.如权利要求1所述的一种太阳能发电储能系统，其特征在于，所述占空比可调电路包括二极管D1、二极管D2、电阻R2，二极管D1的正极、二极管D2的负极、电阻R2的一端均连接电阻R6的另一端，二极管D1的正极分别连接电阻R2的另一端、电阻R3的一端、电解电容E3的正极，电解电容E3的负极连接地，电阻R3的另一端连接三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极分别连接二极管D1的负极、电解电容E2的正极，电解电容E2的负极连接地，三极管Q4的集电极分别连接运算放大器AR2的反相输入端、与非门NOT2的引脚1，运算放大器AR2的同相输入端连接占空比控制信号产生电路的输出信号，运算放大器AR2的输出端连接非门NOT1的引脚1，非门NOT1的引脚2分别连接与非门NOT2的引脚2、继电器K1的常开触点K1-2的左端，继电器K1的常开触点K1-2的右端连接触发器U1的CP端，与非门NOT2的引脚3连接继电器K1的常闭触点K1-1的左端，继电器K1的常闭触点K1-1的右端连接触发器U2的CP端。
4.如权利要求1所述的一种太阳能发电储能系统，其特征在于，所述控制脉冲补偿电路包括电阻R6，电阻R6的一端连接控制器输出的控制脉冲，电阻R6的另一端分别连接电阻R8的一端、电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接接地电阻R7的一端、接地电容C5的一端，电阻R8的另一端分别连接运算放大器AR3的反相输入端、电阻R21的一端、电阻R11的一端，电阻R21的另一端连接负载变化量信号，运算放大器AR3的同相输入端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接接地电阻R10的一端、二极管D5的负极，运算放大器AR3的输出端连接二极管D4的负极，二极管D4的正极分别连接电阻R11的另一端、运算放大器AR4的同相输入端，运算放大器AR4的反相输入端分别连接电阻R12的一端、电解电容E4的正极，电解电容E4的负极连接地，运算放大器AR4的输出端分别连接电阻R12的另一端、二极管D5的正极、触发器U1的D端、触发器U2的D端，触发器U1的Q端连接超级电容器组供电开关，触发器U2的Q端连接超级电容器组充电开关。
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