CN204089592U - 一种新型风光互补升降压dc-dc变换器 - Google Patents

一种新型风光互补升降压dc-dc变换器 Download PDF

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张志红
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Abstract

本实用新型公开了一种新型风光互补升降压DC-DC变换器，其包括直流输入源VPV和VWind，开关管g1和开关管g2，续流二极管VD1和续流二极管VD2，一个升压电感L。其中两输入VPV和VWind幅值等特性可以相同，也可以不同，VWind为风机发出交流电经三相整流后的直流电，开关管g1和开关管g2可同时导通，也可错开一定的角度导通。本实用新型风光互补升降压DC-DC变换器既可工作在单输入状态，又可工作在双输入状态，具有升降压功能，可提高直流侧输入电压等级，使逆变器的调制深度范围增大，提高发电系统的灵活性与稳定性。

Description

一种新型风光互补升降压DC-DC变换器
技术领域
本实用新型涉及一种变换器，尤其是一种新型风光互补升降压DC-DC变换器，属于电力电子功率变换器的技术领域。
背景技术
能源危机已成为全球性问题，节能和新能源的开发与利用是解决能源危机的唯一途径。在诸多新能源中，风能和太阳能的应用已进入商业化阶段，风力发电和光伏发电对我国的节能政策有着重要意义。由于风能和太阳能在时间和地区上的存在互补性，因此，风光互补发电系统被广泛应用。
当前，对于风光互补发电系统中的变流方案应用较多的为两种，一种为并联并网，即采用独立的直流斩波和逆变电路构成，控制复杂，而且不经济；另一种为采用独立的直流斩波和公用逆变电路，这是国内对可再生能源利用研究的主要方案，控制关键是直流侧电压的稳定。这两种方案都采用独立的斩波电路，都不经济，不适合风光互补系统的长远发展。为了降低成本和提高的灵活性，可以用一个两输入的DC-DC电路代替两个DC-DC电路，近年来，也有相关学者提出了两输入直流变换器，但仍存在两输入的同时进行和实现升降压变换不能同时满足，调压范围不够大。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种新型风光互补升降压DC-DC变换器，其结构紧凑，能够控制风能、光伏同时或分别进行发电并网，使用成本低，适应范围广，稳定可靠。
按照本实用新型提供的技术方案，所述新型风光互补升降压DC-DC变换器，包括开关管g1以及开关管g2；所述开关管g1的发射极端与续流二极管VD1的阴极端以及升压电感L的一端连接，续流二极管VD1的阳极端与续流二极管VD2的阴极端以及开关管g2的发射极端连接，开关管g1的集电极端与续流二极管VD1的阳极端间设置用于加载光伏电压的光伏电压连接器，开关管g2的集电极端与升压电感L的另一端间设置用于加载风能电压的风能电压连接器。
所述光伏电压连接器包括电容C1，风能电压连接器包括电容C2；电容C1的一端与开关管g1的集电极端连接，电容C1的另一端与续流二极管VD1的阳极端连接，光伏板的输出端分别连接在电容C1的两端；电容C2的一端与开关管g2的集电极端连接，电容C2的另一端与升压电感L的另一端连接，风机的输出端通过风机整流器分别连接在电容C2的两端。
所述开关管g1以及开关管g2均采用IGBT器件。
所述升压电感L的另一端与电容C的一端以及逆变器的一端连接，电容C的另一端以及逆变器的另一端均与续流二极管VD2的阳极端连接。
本实用新型的优点：具有升降压功能，光伏电压、风能电压能够同时或分别进行发电并网，可提高直流侧输入电压等级，使逆变器的调制深度范围增大，提高发电系统的灵活性与稳定性，对于小功率风光互补发电系统而言，成本有所降低，性能也到了提高；另外当外界环境恶劣时，可以通过关断开关管g1或开关管g2来停止太阳能发电或风力发电的并网功能，可操作性强。
附图说明
图1为本实用新型的风光互补升降压DC-DC变换器在风光互补系统中的拓扑图。
图2为本实用新型开关管g1和g2的通断时序图。
图3为本实用新型DC-DC变换器处于第一种工作模式电路图。
图4为本实用新型DC-DC变换器处于第二种工作模式电路图。
图5为本实用新型DC-DC变换器处于第三种工作模式电路图。
图6为本实用新型DC-DC变换器处于第四种工作模式电路图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示：为了能够控制风能、光伏同时或分别进行发电并网，降低使用成本低，本实用新型包括开关管g1以及开关管g2；所述开关管g1的发射极端与续流二极管VD1的阴极端以及升压电感L的一端连接，续流二极管VD1的阳极端与续流二极管VD2的阴极端以及开关管g2的发射极端连接，开关管g1的集电极端与续流二极管VD1的阳极端间设置用于加载光伏电压的光伏电压连接器，开关管g2的集电极端与升压电感L的另一端间设置用于加载风能电压的风能电压连接器。
具体地，所述光伏电压连接器包括电容C1，风能电压连接器包括电容C2；电容C1的一端与开关管g1的集电极端连接，电容C1的另一端与续流二极管VD1的阳极端连接，光伏板的输出端分别连接在电容C1的两端；电容C2的一端与开关管g2的集电极端连接，电容C2的另一端与升压电感L的另一端连接，风机的输出端通过风机整流器分别连接在电容C2的两端。
所述开关管g1以及开关管g2均采用IGBT器件，所述开关管g1的栅极端以及开关管g2的栅极端用于接收PWM波控制信号，开关管g1的控制信号与开关管g2的控制信号具有相同的开关周期，开关管g1与开关管g2可以同时导通，也可以同时关断，开关管g1与开关管g2之间相互独立工作。
所述升压电感L的另一端与电容C的一端以及逆变器的一端连接，电容C的另一端以及逆变器的另一端均与续流二极管VD2的阳极端连接。光伏板PV的输出端与开关管g1的集电极端以及续流二极管VD1的阳极端连接，以在电容C1的两端得到光伏直流电压VPV，风机通过风机整流器进行整流后得到直流电压，所述直流电压加载在电容C2的两端，即能在电容C2的两端得到风能直流电压Vwind，光伏直流电压VPV与风能直流电压Vwind的幅值等特性可以相同，也可以不同。
开关管g1和开关管g2采用PWM控制方式，并且具有相同的开关周期，开通模式可以进行如图2的分解，D1为开关管g1的占空比，D2为开关管g2的占空比。在t0至t1时段，开关管g1导通，开关管g2关断，整个DC-DC变换器处于第一种工作模式，如图3所示，此时光伏板PV处于单独发电，光伏直流电压VPV的电流向升压电感L储能，电容C向逆变器等效电阻R供电。
t1至t2时段，开关管g1和开关管g2同时导通，整个DC-DC变换器处于第二种工作模式，如图4所示，此时风机和光伏板PC同时发电，两个直流源的光伏直流电压VPV和风能直流电压Vwind的电流向升压电感L储能，电容C向电阻R供电。
t2至t3时段，开关管g1关断，开关管g2导通，整个DC-DC变换器处于第三种工作模式，如图5所示，此时风机单独发电，风能直流电压Vwind的电流向升压电感L储能，电容C向电阻R供电。
t3至T时段，开关管g1和开关管g2同时关断，整个DC-DC变换器处于第四种工作模式，如图6所示，升压电感L释放能量，电流从升压电感L流向电容C、电阻R，再经续流二极管VD1、续流二极管VD2流回升压电感L。另外，图3～图6的电路中粗线绘制部分为工作电路，细线绘制部分为不工作电路。
进一步，为了便于分析电路，选择在开关管的在一个开关周期内，运用叠加定理来分析图3～图6中的4种工作模式电路的特性，在开关管g2导通期间，风能直流电压Vwind全部加到升压电感L上，电感电流iL线性增长，负载由滤波电容C供电；开关管g2关断期间，升压电感L放电，电感感应电压向电容C及负载供电，因此在风机单独作用下，相当于一个升降压直流斩波电路模式，因此有：
V o 1 = D 2 1 - D 2 V wind
光伏板PV单独作用稳态时，升压电感L两端电压uL在一个周期T内对时间的积分为0，即根据图2导通时序图，可以得到：
(VPV-Vo2)(D1T-Δt)+VPVΔt-Vo2(T-D1T-D2T+Δt)＝0
从上式可以推得：
直流侧电压输出总电压为：Vo＝Vo1+Vo2，即
V o = D 2 1 - D 2 V wind + D 1 1 - D 2 V PV
本发明具有升降压功能，光伏电压、风能电压能够同时或分别进行发电并网，可提高直流侧输入电压等级，使逆变器的调制深度范围增大，提高发电系统的灵活性与稳定性，对于小功率风光互补发电系统而言，成本有所降低，性能也到了提高；另外当外界环境恶劣时，可以通过关断开关管g1或开关管g2来停止太阳能发电或风力发电的并网功能，可操作性强。

Claims (4)

1.一种新型风光互补升降压DC-DC变换器，其特征是：包括开关管g1以及开关管g2；所述开关管g1的发射极端与续流二极管VD1的阴极端以及升压电感L的一端连接，续流二极管VD1的阳极端与续流二极管VD2的阴极端以及开关管g2的发射极端连接，开关管g1的集电极端与续流二极管VD1的阳极端间设置用于加载光伏电压的光伏电压连接器，开关管g2的集电极端与升压电感L的另一端间设置用于加载风能电压的风能电压连接器。
2.根据权利要求1所述的新型风光互补升降压DC-DC变换器，其特征是：所述光伏电压连接器包括电容C1，风能电压连接器包括电容C2；电容C1的一端与开关管g1的集电极端连接，电容C1的另一端与续流二极管VD1的阳极端连接，光伏板的输出端分别连接在电容C1的两端；电容C2的一端与开关管g2的集电极端连接，电容C2的另一端与升压电感L的另一端连接，风机的输出端通过风机整流器分别连接在电容C2的两端。
3.根据权利要求1所述的新型风光互补升降压DC-DC变换器，其特征是：所述开关管g1以及开关管g2均采用IGBT器件。
4.根据权利要求1所述的新型风光互补升降压DC-DC变换器，其特征是：所述升压电感L的另一端与电容C的一端以及逆变器的一端连接，电容C的另一端以及逆变器的另一端均与续流二极管VD2的阳极端连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105337373A (zh) * 2015-12-08 2016-02-17 杨敏杰 一种高效风光互补充电控制系统
CN105846533A (zh) * 2016-06-15 2016-08-10 湖南省湘电试验研究院有限公司 一种输电线路在线监测系统供电方法及装置
CN112787511A (zh) * 2020-12-31 2021-05-11 深圳市核达中远通电源技术股份有限公司 一种双输入氢燃料电池dc/dc变换器及其控制方法

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