CN209358245U - 一种光伏储能系统的能量管理与控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏储能系统的能量管理与控制装置，包括双输入双输出变换器和控制电路；双输入双输出变换器由双管Buck‑Boost变换器衍生，双管Buck‑Boost变换器的输入端与光伏组件连接，输出端与负载连接。同时，为了克服光伏组件的输出功率存在波动的特点，在双管Buck‑Boost变换器的输入侧与输出侧分别增加一条支路，并连接至储能单元，其中，输入侧的支路控制储能单元放电，输出侧的支路控制储能单元充电。控制电路包括MPPT控制单元、误差放大器EA、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、脉冲调制单元、多路选择单元和模式切换控制单元。本实用新型结构简单、成本低廉、功率密度高、系统效率高并且能够同时实现光伏组件的最大功率点跟踪控制和负载的输出恒压控制。

Description

一种光伏储能系统的能量管理与控制装置

技术领域

本实用新型涉及光伏储能系统技术领域，特别是一种光伏储能系统的能量管理与控制装置。

背景技术

近年来，随着环境污染和能源危机问题的加剧，以太阳能为代表的新能源发电技术成为研究热点。由于光伏(Photovoltaic,PV)阵列的输出特性与光照、温度等环境因素密切相关，不同环境条件下光伏阵列的输出特性具有随机性和波动性，因此，在独立光伏发电系统中必须配备储能单元来存储和调节电能，以满足用电负载对供电连续性和稳定性的要求。传统的光伏储能系统需要一个单向DC-DC变换器与光伏阵列连接并实现最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制，一个单向DC-DC变换器为负载提供稳定的输出，同时需要一个双向DC-DC变换器与储能单元连接，来平衡负载与光伏阵列之间的功率平衡。这导致传统光伏储能系统的体积和成本较大，控制相对复杂，难以实现集中式控制。采用多端口变换器代替多个单输入单输出变换器，能够极大地减小系统的成本和提高系统的功率密度，且能够实现集中式控制，控制电路设计更加灵活，引起了研究者的广泛关注。研究者提出了一系列多端口变换器拓扑，主要分为隔离型和非隔离性，隔离型多端口变换器主要由半桥变换器、全桥变换器衍生，其特点是功率等级高、能实现电气隔离等，非隔离型多端口变换器一般由基本的Buck、Boost、Buck-Boost变换器衍生，相比于隔离型多端口变换器，非隔离型多端口变换器具有更高的功率密度，且设计更简单。然而，现有的非隔离型多端口变换器一般都包括多个电感，系统体积大，无法实现分时控制。

对基于多端口变换器的独立光伏储能系统的端口间能量管理和控制是保证整个系统稳定运行的关键，现有的控制方法主要包括两种类型。一种是采用多环路竞争机制实现对系统的控制和能量管理，这种方法无法同时实现光伏组件的最大功率输出和负载电压的恒定。另一种方法是采用电压型集中式控制，其原理是通过复杂的调制实现系统的能量管理与控制，这种方法设计复杂，且系统的调节范围较窄，无法适用于输入或负载剧烈变化的场合。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光伏储能系统的能量管理与控制装置。

实现本实用新型目的的技术方案如下：

一种光伏储能系统的能量管理与控制装置，包括双输入双输出变换器和控制电路；

双输入双输出变换器包括双管Buck-Boost变换器，其Buck端开关管为S₁，Boost端开关管为S₂，负载端开关管为S₃；双管Buck-Boost变换器的输入端和输出端分别连接至所述光伏储能系统的光伏组件PV和负载R；双输入双输出变换器还包括输出侧支路和输入侧支路；输出侧支路包括二极管D₃和开关管S₄，D₃的正极连接至S₂的漏极，D₃的负极连接至S₄的漏极，S₄的源极连接至所述光伏储能系统的储能单元的正极；输入侧支路包括二极管D₄和开关管S₅，D₄的负极连接至S₁的源极，D₄的正极连接至S₅的源极，S₅的漏极连接至所述光伏储能系统的储能单元的正极；储能单元的负极连接至S₂的源极；

所述控制电路包括MPPT控制单元、误差放大器EA、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、脉冲调制单元、多路选择单元和模式切换控制单元；

MPPT控制单元的输入端分别输入光伏组件PV的输出电压V_pv和输出电流I_pv，输出端连接至CMP1的一个输入端，CMP1的另一个输入端输入双管Buck-Boost变换器的电感电流i_L；

误差放大器EA的输入端分别输入双管Buck-Boost变换器的输出电压V_o和电压参考值V_{o_ref}，输出端连接至CMP2的一个输入端，CMP2的另一个输入端输入双管Buck-Boost变换器的电感电流i_L；

脉冲调制单元包括SR触发器2#、SR触发器3#、SR触发器4#、逻辑异或门XOR1、逻辑异或门XOR2、逻辑非门NO1、逻辑非门NO2和逻辑非门NO3；多路选择单元包括两路选择器MUX1、两路选择器MUX2、两路选择器MUX3和两路选择器MUX4；

CMP1的输出端c₁分别与SR触发器2#和SR触发器3#的复位端连接；CMP2的输出端c₂与SR触发器3#的置位端连接，且c₂经NO2后与SR触发器4#的复位端连接；时钟信号clk分别与SR触发器2#和SR触发器4#的置位端连接；SR触发器2#的输出端Q连接至S₁的栅极，同时，SR触发器2#的输出端Q连接至XOR1的一个输入端，SR触发器3#的输出端Q连接至XOR1的另一个输入端，XOR1的输出端连接至MUX1的第一路输入端，MUX1的第二路输入端连接至低电平，MUX1的输出端连接至S₄的栅极；XOR1的输出经NO1连接至MUX2的第一路输入端，SR触发器4#的输出端Q经NO3连接至MUX2的第二路输入端，MUX2的输出端连接至S₃的栅极；SR触发器2#的输出端Q连接至MUX3的第一路输入端，SR触发器4#的输出端Q连接至MUX3的第二路输入端，MUX3的输出连接至S₂的栅极；SR触发器2#的输出端Q连接至XOR2的一个输入端，SR触发器4#的输出端Q连接至XOR2的另一个输入端，XOR2的输出端连接至MUX4的第二路输入端，MUX4的第一路输入端连接至低电平，MUX4的输出端连接至S₅的栅极；

模式切换控制单元包括减法器SUB、比较器CMP3、比较器CMP4和SR触发器1#；SUB的输入端分别输入双管Buck-Boost变换器的输出电压V_o和电压参考值V_{o_ref}，输出端分别与CMP3和CMP4的一个输入端连接，CMP3的另一个输入端输入预设的电压阈值ΔV，CMP4的另一个输入端输入预设的电压阈值-ΔV，CMP3和CMP4的输出端分别与SR触发器1#的复位端和置位端连接，SR触发器1#的输出端Q同时连接至MUX1、MUX2、MUX3和MUX4的选择端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.具有结构简单、成本低廉、功率密度高、系统效率高以及能够实现集中式控制的优势。

2.能够同时实现光伏组件的最大功率点跟踪控制和负载的输出恒压控制，且控制原理更简单，设计更灵活，易于推广至其它类似结构的系统中。

3.能够适应光伏功率突变、负载功率突变等极端情况，保证了系统的可靠性和稳定运行。

附图说明

图1是光伏储能系统的能量管理与控制装置的结构图；

图2是双输入双输出变换器原理图；

图3(a)、图3(b)分别是双输入双输出变换器在双输出模式的等效电路及稳态波形；

图4(a)、图4(b)分别是双输入双输出变换器在双输入模式的等效电路及稳态波形；

图5是控制电路的模式切换控制单元原理图；

图6是控制电路的脉冲调制单元和多路选择单元的原理图；

图7是系统运行于双输出模式时的仿真波形；其中，图7(a)为系统的稳态仿真波形，图7(b)为在双输出模式下负载突变时的系统瞬态仿真波形；

图8是系统由于光伏功率减小，运行模式从双输出模式切换至双输入模式时的瞬态仿真波形；

图9是系统运行于双输入模式时的仿真波形；其中，图9(a)为系统的稳态仿真波形，图9(b)为在双输入模式下负载突变时的系统瞬态仿真波形；

图10是系统由于光伏功率增加，运行模式从双输入模式切换至双输出模式时的瞬态仿真波形。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。

图1示出，系统包括主功率电路和控制电路，主功率电路由双输入双输出变换器以及与其连接的光伏组件、储能单元、负载单元组成。控制电路由MPPT控制单元、误差放大器EA，第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、脉冲调制单元、模式切换控制单元和多路选择单元组成。光伏组件的输出电压V_pv和输出电流I_pv作为MPPT控制单元的输入信号，MPPT控制单元的输出连接CMP1的一个输入端，电感电流i_L连接至CMP1的另一个输入端，误差放大器EA的输出连接CMP2的一个输入端，电感电流i_L连接至CMP2的另一个输入端，CMP1的输出、CMP2的输出和时钟信号clk均送至脉冲调制单元，脉冲调制单元的输出作为多路选择单元的输入，多路选择单元的输出控制双输入双输出变换器中的开关管。输出电压V_o与参考电压V_{o_ref}作为模式切换控制单元的输入，模式切换控制单元的输出作为多路选择单元的选择信号连接至多路选择单元。

图2示出双输入双输出变换器原理图，包括光伏组件PV、储能单元、负载单元R、光伏组件接入二极管D₁、输入滤波电容C_in、Buck端开关管S₁、Boost端开关管S₂、储能电感L、负载支路开关管S₃、储能单元充电支路二极管D₃、储能单元充电支路开关管S₄、储能单元放电支路二极管S₅、输出端滤波电容C_out。

双输入双输出变换器由双管Buck-Boost变换器衍生，双管Buck-Boost变换器的输入端与光伏组件连接，输出端与负载连接。同时，为了克服光伏组件的输出功率存在波动的特点，在双管Buck-Boost变换器的输入侧与输出侧分别增加一条支路，并连接至储能单元，其中，输入侧的支路控制储能单元放电，输出侧的支路控制储能单元充电。

为了实现光伏组件和负载之间的能量平衡，根据光伏组件的最大输出功率与负载需求的功率的大小关系，将系统的运行模式分为双输出模式和双输入模式。在双输出模式，光伏组件的最大输出功率大于负载需求的功率(P_max>P_o)，光伏组件所产生的多余功率流向储能单元，为储能单元充电；在双输入模式，光伏组件的最大输出功率小于负载需求的功率(P_max<P_o)，光伏组件的输出功率无法满足负载需求，储能单元通过放电提供不足的功率，从而保证负载的正常工作。

图3示出双输入双输出变换器在双输出模式的等效电路和稳态波形，在一个开关周期内，系统包括三个开关状态，第一个开关状态是指开关管S₁和S₂导通，光伏组件通过二极管D₁向电感L充电，电感电流上升；第二个开关状态是指开关管S₁和S₂关断，开关管S₃导通，电感L通过二极管D₂向负载放电，电感电流下降；第三个开关状态是指开关管S₃关断，开关管S₄导通，电感L通过二极管D₂向储能单元放电，电感电流继续下降。

图4示出双输入双输出变换器在双输入模式的等效电路和稳态波形，在一个开关周期内，系统包括三个开关状态，第一个开关状态是指开关管S₁和S₂导通，光伏组件通过二极管D₁向电感L充电，电感电流上升；第二个开关状态是指开关管S₁关断，开关管S₂和S₅导通，储能单元通过二极管D₄向电感L充电，电感电流继续上升；第三个开关状态是指开关管S₂和S₅关断，开关管S₃导通，电感L通过二极管D₂向负载放电，电感电流下降。

为了实现图3和图4所示的系统运行模态，设计一种控制电路，控制电路包括MPPT控制单元、误差放大器EA、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、脉冲调制单元、多路选择单元和模式切换控制单元。

控制电路采样光伏组件的输出电压V_pv和输出电流I_pv，并送至MPPT控制单元进行MPPT运算，MPPT控制单元的输出送至比较器CMP1，CMP1比较MPPT控制单元的输出和双输入双输出变换器中电感电流的大小；控制电路采样双输入双输出变换器的负载电压V_o，并将V_o与输出参考电压V_{o_ref}作为误差放大器EA的输入，EA的输出送至比较器CMP2，CMP2比较EA的输出和双输入双输出变换器中电感电流的大小；CMP1的输出c₁、CMP2的输出c₂、时钟信号clk三者作为脉冲调制单元的输入信号，脉冲调制单元的输出作为多路选择单元的输入，多路选择单元通过模式选择信号mel决定其输出的开关信号，从而实现系统在相应模式的控制。

脉冲调制单元包括SR触发器2#，SR触发器3#，SR触发器4#，逻辑异或门XOR1，逻辑异或门XOR2，逻辑非门NO1，逻辑非门NO2，逻辑非门NO3。多路选择单元包括两路选择器MUX1，两路选择器MUX2，两路选择器MUX3，两路选择器MUX4，两路选择器MUX5。CMP1的输出c₁分别与SR触发器2#和SR触发器3#的复位端连接；CMP2的输出c₂与SR触发器3#的置位端连接，且c₂经NO2后与SR触发器4#的复位端连接；clk分别与SR触发器2#和SR触发器4#的置位端连接。SR触发器2#的输出端Q作为开关管S1的开关控制信号，同时，SR触发器2#的输出端Q连接至XOR1的一个输入端，SR触发器3#的输出端Q连接至XOR1的另一个输入端，XOR1的输出端连接至MUX1的第一路输入端，MUX1的第二路输入端连接低电平，MUX1的输出端作为开关管S4的开关控制信号。XOR1的输出经NO1连接至MUX2的第一路输入端，SR触发器4#的输出端Q经NO3连接至MUX2的第二路输入端，MUX2的输出作为开关管S3的开关控制信号。SR触发器2#的输出端Q连接至MUX3的第一路输入端，SR触发器4#的输出端Q连接至MUX3的第二路输入端，MUX3的输出作为开关管S2的开关控制信号。SR触发器2#的输出端Q连接至XOR2的一个输入端，SR触发器4#的输出端Q连接至XOR2的另一个输入端，XOR2的输出端连接至MUX4的第二路输入端，MUX4的第一路输入端与低电平连接，MUX4的输出端作为开关管S5的开关控制信号。多路选择单元通过mel信号确定每个两路选择器的输出哪一路开关信号，若mel使系统工作于双输出模式，则每个两路选择器输出第一路开关信号，若mel使系统工作于双输入模式，则每个两路选择器输出第二路开关信号。

模式切换控制单元包括减法器SUB，比较器CMP3，比较器CMP4，SR触发器1#，输出电压V_o和电压参考值V_{o_ref}作为SUB的输入，SUB的输出分别与比较器CMP3和CMP4的一个输入端连接，CMP3的另一个输入端与预设的电压阈值ΔV连接，CMP4的另一个输入端与预设的电压阈值-ΔV连接，CMP3和CMP4的输出端分别与SR触发器1#的复位端和置位端连接。SR触发器1#的输出端Q即为模式切换控制信号mel。

具体工作原理如下：控制电路采样光伏组件的输出电压V_pv和输出电流I_pv，并送至MPPT控制单元进行MPPT运算，MPPT算法采用扰动观察法，运算结果v_mppte作为MPPT运算单元的输出，并送至比较器CMP1，CMP1比较电感电流i_L和v_mppte的大小，若i_L大于v_mppte，则CMP1输出c₁为高电平，若i_L小于v_mppte，则CMP1输出c₁为低电平；同时，采样变换器的负载电压V_o，并将V_o与输出参考电压V_{o_ref}作为误差放大器EA的输入，误差放大信号v_oe作为EA的输出，并送至比较器CMP2，CMP2比较电感电流i_L和v_oe的大小，若i_L小于v_oe，则CMP2输出c₂为高电平，若i_L大于v_oe，则CMP2输出c₂为低电平；c₁、c₂和时钟信号clk作为脉冲调制单元的输入，脉冲调制单元的输出包括两组信号，一组是系统工作于双输入模式的开关信号，一组是系统工作于双输出模式的开关信号，两组信号均作为多路选择单元的输入，多路选择单元通过模式选择信号mel决定其输出的开关信号，从而实现系统在相应模式的控制。

图5示出，控制电路的模式切换控制单元原理图，实时计算输出电压V_o与参考电压V_{o_ref}的差值，并将计算结果分别送至比较器CMP3和比较器CMP4，分别与预设的阈值ΔV和-ΔV进行比较，若V_o-V_{o_ref}>ΔV，CMP3输出高电平，并使SR触发器1#复位，mel信号为0，系统运行于双输出模式，若V_o-V_{o_ref}<-ΔV)时，CMP4输出高电平，并使SR触发器1#置位，mel信号为1，系统运行于双输入模式。

图6示出，控制电路的脉冲调制单元和多路选择单元的原理图，比较器CMP1和CMP2输出的c₁和c₂及时钟信号clk作为脉冲调制单元的输入，具体的工作原理描述如下：在双输出模式，mel信号为0，多路选择单元中每个多路选择器MUX均选通第一路信号作为输出，所以开关管S₅始终处于关断状态，开关周期开始时刻，clk使SR触发器2#和SR触发器3#置位，开关管S₁和S₂导通，电感电流上升，当电感电流上升至v_mppte时，比较器CMP1输出的c₁为高电平并使SR触发器2#和SR触发器3#复位，开关管S₁和S₂关断，S₃导通，电感电流开始下降，当电感电流下降至v_oe时，比较器CMP2输出的c₂为高电平并使SR触发器3#置位，开关管S₄导通，开关管S₃关断，电感电流继续下降，直到下一个开关周期到来。在双输入模式，mel信号为1，多路选择单元中每个多路选择器MUX均选通第二路信号作为输出，所以开关管S₄始终处于关断状态，开关周期开始时刻，clk使SR触发器2#和SR触发器3#置位，开关管S₁和S₂导通，电感电流上升，当电感电流上升至v_oe时，比较器CMP1输出的c₁为高电平并使SR触发器2#和SR触发器3#复位，开关管S₁关断，S₅导通，电感电流继续上升，当电感电流上升至v_oe时，比较器CMP2输出的c₂为低电平并使SR触发器4#复位，开关管S₃导通，电感电流开始下降，直到下一个开关周期到来。

用PSIM仿真软件对本实施例的系统进行时域仿真分析，系统的仿真参数设置为：C_in＝C_out＝470μF，L＝330μH，负载功率P_o＝100W，负载电压V_o＝48V，电池端电压V_bat＝25V，开关频率为f_s＝100kHz，系统仿真结果如下。

图7(a)为系统运行于双输出模式的稳态波形，包括每个开关管的导通时序，电感电流和电感两端电压波形，从图中可以看出，开关管的导通时序与理论分析一致，电感电流呈现“升-降-降”变化趋势；图7(b)为系统运行于双输出模式时，负载突变的瞬态响应波形，此时光伏组件的输出最大功率为120W，初始时刻，光伏组件以最大功率输出，负载消耗功率为100W，储能单元吸收功率为20W，在0.5s时负载功率由100W减小为50W，储能单元吸收功率突变为70W，在0.7s时负载功率由50W增加至100W，系统运行情况与初始状态一致。

图8为系统运行模式从双输出模式切换至双输入模式的仿真波形，初始时刻，光伏组件以120W的最大功率输出，负载消耗功率为100W，储能单元吸收功率为20W，在0.3s时光伏组件的最大输出功率从120W突变为60W，光伏组件的输出功率不能满足负载需求，为了保证系统正常工作，系统运行模式切换至双输入模式，储能单元向负载放电，放电功率为40W。

图9(a)为系统运行于双输入模式的稳态波形，包括每个开关管的导通时序，电感电流和电感两端电压波形，从图中可以看出，开关管的导通时序与理论分析一致，电感电流呈现“升升-降”变化趋势；图9(b)为系统运行于双输入模式时，负载突变的瞬态响应波形，此时光伏组件的输出最大功率为60W，初始时刻，光伏组件以最大功率输出，储能单元输出功率为40W，负载功率为100W，在0.5s时负载功率由100W增加至120W，储能单元输出功率突变为60W，在0.7s时负载功率由120W减小至100W，系统运行情况与初始状态一致。

图10为系统运行模式从双输入模式切换至双输出模式的仿真波形，初始时刻，光伏组件以60W的最大功率输出，储能单元输出功率为40W，负载消耗功率为100W，在0.3s时光伏组件的最大输出功率从60W突变为120W，光伏组件的输出功率大于负载需求的功率，为了保证系统正常工作，系统运行模式切换至双输出模式，储能单元切换至充电模式，充电功率为20W。

从上述仿真结果可以看出，本实用新型所提出的光伏储能系统的能量管理与控制方法能够实现光伏组件的最大功率输出和负载电压恒定，且系统在光伏组件和负载的功率变化时能够合理地分配各端口之间的功率，灵活地实现模式切换，保证系统的稳定高效运行。

Claims (1)

1.一种光伏储能系统的能量管理与控制装置，其特征在于，包括双输入双输出变换器和控制电路；

双输入双输出变换器包括双管Buck-Boost变换器，其Buck端开关管为S₁，Boost端开关管为S₂，负载端开关管为S₃；双管Buck-Boost变换器的输入端和输出端分别连接至所述光伏储能系统的光伏组件PV和负载R；双输入双输出变换器还包括输出侧支路和输入侧支路；输出侧支路包括二极管D₃和开关管S₄，D₃的正极连接至S₂的漏极，D₃的负极连接至S₄的漏极，S₄的源极连接至所述光伏储能系统的储能单元的正极；输入侧支路包括二极管D₄和开关管S₅，D₄的负极连接至S₁的源极，D₄的正极连接至S₅的源极，S₅的漏极连接至所述光伏储能系统的储能单元的正极；储能单元的负极连接至S₂的源极；

所述控制电路包括MPPT控制单元、误差放大器EA、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、脉冲调制单元、多路选择单元和模式切换控制单元；

MPPT控制单元的输入端分别输入光伏组件PV的输出电压V_pv和输出电流I_pv，输出端连接至CMP1的一个输入端，CMP1的另一个输入端输入双管Buck-Boost变换器的电感电流i_L；

误差放大器EA的输入端分别输入双管Buck-Boost变换器的输出电压V_o和电压参考值V_{o_ref}，输出端连接至CMP2的一个输入端，CMP2的另一个输入端输入双管Buck-Boost变换器的电感电流i_L；

脉冲调制单元包括SR触发器2#、SR触发器3#、SR触发器4#、逻辑异或门XOR1、逻辑异或门XOR2、逻辑非门NO1、逻辑非门NO2和逻辑非门NO3；多路选择单元包括两路选择器MUX1、两路选择器MUX2、两路选择器MUX3和两路选择器MUX4；

CMP1的输出端c₁分别与SR触发器2#和SR触发器3#的复位端连接；CMP2的输出端c₂与SR触发器3#的置位端连接，且c₂经NO2后与SR触发器4#的复位端连接；时钟信号clk分别与SR触发器2#和SR触发器4#的置位端连接；SR触发器2#的输出端Q连接至S₁的栅极，同时，SR触发器2#的输出端Q连接至XOR1的一个输入端，SR触发器3#的输出端Q连接至XOR1的另一个输入端，XOR1的输出端连接至MUX1的第一路输入端，MUX1的第二路输入端连接至低电平，MUX1的输出端连接至S₄的栅极；XOR1的输出经NO1连接至MUX2的第一路输入端，SR触发器4#的输出端Q经NO3连接至MUX2的第二路输入端，MUX2的输出端连接至S₃的栅极；SR触发器2#的输出端Q连接至MUX3的第一路输入端，SR触发器4#的输出端Q连接至MUX3的第二路输入端，MUX3的输出连接至S₂的栅极；SR触发器2#的输出端Q连接至XOR2的一个输入端，SR触发器4#的输出端Q连接至XOR2的另一个输入端，XOR2的输出端连接至MUX4的第二路输入端，MUX4的第一路输入端连接至低电平，MUX4的输出端连接至S₅的栅极；

模式切换控制单元包括减法器SUB、比较器CMP3、比较器CMP4和SR触发器1#；SUB的输入端分别输入双管Buck-Boost变换器的输出电压V_o和电压参考值V_{o_ref}，输出端分别与CMP3和CMP4的一个输入端连接，CMP3的另一个输入端输入预设的电压阈值ΔV，CMP4的另一个输入端输入预设的电压阈值-ΔV，CMP3和CMP4的输出端分别与SR触发器1#的复位端和置位端连接，SR触发器1#的输出端Q同时连接至MUX1、MUX2、MUX3和MUX4的选择端。