[发明专利]一种新型微型光储变换器

摘要

本发明公开了一种新型微型光储变换器，目的是解决阴影导致分布式光伏发电系统发电量下降的问题。本发明由电力电子变换单元以及控制单元组成，电力电子变换单元由光伏变换模块、高频变压器和蓄电池组变换模块组成；光伏变换模块由光伏侧电容C_PV、2个功率开关管、第一电容C1组成；蓄电池组变换模块由蓄电池组侧电容C_BAT、4个功率开关管以及直流母线侧电容C_LINE组成；控制单元由蓄电池组充放电控制模块、最大功率跟踪模块、乘法器、2个电压采样装置、2个电流采样装置组成。本发明解决了阴影导致分布式光伏发电系统发电量下降的问题，且使用简单的模拟电路实现对光伏电池组件的最大功率跟踪和蓄电池组的充放电控制，降低了成本。

主权项

一种新型微型光储变换器，在使用时通过光伏电池组件接口PV+、PV‑与光伏电池组件相连，通过蓄电池组接口BAT+、BAT‑与蓄电池组相连，通过直流母线接口LINE+、LINE‑与直流母线相连；N个微型光储变换器串联形成微型光储变换器串联组；其特征在于新型微型光储变换器由电力电子变换单元(1)以及控制单元(2)组成，下文所述功率开关管均为N沟道型金属氧化物半导体场效应晶体管N‑MOSFET，功率开关管的第一端为N‑MOSFET的栅极，功率开关管第二端为N‑MOSFET的漏极，功率开关管第三端为N‑MOSFET的源极；电力电子变换单元(1)由光伏变换模块(1a)、高频变压器T1和蓄电池组变换模块(1b)组成；光伏变换模块(1a)由光伏侧电容C_PV、第二功率开关管Q2、第一功率开关管Q1以及第一电容C1组成；光伏侧电容C_PV的正极既连接到第二功率开关管Q2的第二端，又与光伏电池组件接口的正端PV+相连；光伏侧电容C_PV的负极既连接到的第一功率开关管Q1的第三端，又与光伏电池组件接口的负端PV‑相连；第二功率开关管Q2第二端既连接到光伏侧电容C_PV的正极，又与高频变压器T1原级绕组的同名端相连，第二功率开关管Q2第三端与第一电容C1的一端相连；第一电容C1的一端既连接到第一功率开关管Q1的第二端又与高频变压器T1原边绕组的异名端相连，另一端与第二功率开关管Q2第三端相连；第一功率开关管Q1的第二端既连接到高频变压器T1原边绕组的异名端，又与第一电容C1相连，第一功率开关管Q1的第三端连接到光伏侧电容C_PV的负极；蓄电池组变换模块(1b)由蓄电池组侧电容C_BAT、第三功率开关管Q3、第四功率开关管Q4、第五功率开关管Q5、第六功率开关管Q6以及直流母线侧电容C_LINE组成；蓄电池组侧电容C_BAT的正极既连接到第三功率开关管Q3的第二端，又与蓄电池组接口的正端(BAT+)相连；蓄电池组侧电容C_BAT的负极既连接到的第四功率开关管Q4的第三端，又与蓄电池组接口的负端BAT‑相连；第三功率开关管Q3的第三端既连接到第四功率开关管Q4的第二端，又与高频变压器T1次级绕组的同名端相连；第三功率开关管Q3的第二端连接到蓄电池组侧电容C_BAT的正极；第四功率开关管Q4的第二端既连接到第三功率开关管Q3的第三端，又与高频变压器T1次级绕组的同名端相连；第四功率开关管Q4的第三端连接到蓄电池组侧电容C_BAT的负极；第六功率开关管Q6的第二端既连接到第四功率开关管Q4的第三端，又与直流母线侧电容C_LINE的负极相连；第六功率开关管Q6的第三端既连接到第五功率开关管Q5的第三 端，又与高频变压器T1的次级绕组的异名端相连；第五功率开关管Q5的第二端连接到直流母线侧电容C_LINE的正端；第五功率开关管Q5的第三端既接到高频变压器T1次级绕组的异名端，又与第六功率开关管Q6的第三端相连；直流母线侧电容C_LINE的正极既连接到第六功率开关管Q6的第二端，又与直流母线接口的正端LINE+相连，直流母线侧电容C_LINE的负极既连接到第五功率开关管Q5的第二端，又与直流母线的负端LINE‑相连；所述高频变压器T1为双绕组反激式变压器，高频变压器T1原边绕组的同名端连接到第二功率开关管Q2的第二端，原边绕组的异名端既连接到第一功率开关管Q1的第二端，又与第一电容C1的一端相连；高频变压器T1的次级绕组的异名端既连接到第五功率开关管Q5的第三端，又与第六功率开关管Q6的第三端相连；高频变压器T1的次级绕组的同名端既连接到第四功率开关管Q4的第二端，又与第三功率开关管Q3的第三端相连；所述控制单元(2)由蓄电池组充放电控制模块(2a)、最大功率跟踪模块(2b)、乘法器(100)、第一电压采样装置V_1sense、第一电流采样装置I_1sense、第二电压采样装置V_2sense、第二电流采样装置I_2sense组成；蓄电池组充放电控制模块2a由控制器(900)、PI控制器(300)、第一比较器(401)、第二比较器(402)、第一脉宽调制器(701)、第一非门(501)、第二非门(502)、第一与门(601)、第二与门(602)组成；最大功率跟踪模块2b由微分器(200)、第二脉宽调制器(702)、死区控制器(800)、第三非门(503)组成；第一脉宽调制器(701)、第二脉宽调制器(702)为单输入双输出器件，第一脉宽调制器(701)、第二脉宽调制器(702)输出的脉宽调制信号频率不小于高频变压器T1的工作频率f；第一非门(501)、第二非门(502)、第三非门(503)，第一与门(601)、第二与门(602)均为逻辑器件，选用时满足其对于输入输出路数的要求；死区控制器(800)为具有预设死区时间功能的器件；乘法器(100)与第一电压采样装置V_1sense、第一电流采样装置I_1sense、第二比较器(402)、微分器(200)相连，将接受到的光伏输出电压信号V_PV、光伏输出电流信号I_PV转换成光伏组件输出功率信号P_PV；控制器(900)为具有存储功能的信号处理器件，控制器(900)与第一比较器(401)、PI控制器(300)、第二比较器(402)相连；控制器(900)内预设有充放电电流基准信号I_ref、充电参考电压信号V_BATmin、放电参考功率信号P_PVmin；PI控制器(300)与第二电流采样装置I_2sense、控制器(900)相连；PI控制器(300)的一个输入端与控制器(900)的基准电流输出端相连，接收控制器输出的充放电基准电流信号I_ref，PI控制器(300)的另一个输入端经第二电流采样装置I_2sense连接到蓄电池组端口 BAT‑；PI控制器(300)的输出端连接到第一脉宽调制器(701)的输入端，PI控制器(300)将控制器(900)输出的充放电基准电流信号I_ref和第二采样装置输出的蓄电池组充放电电流信号I_BAT转换成电流误差信号，并将电流误差信号输出到第一脉宽调制器(701)；第一脉宽调制器(701)与PI控制器(300)、第一与门(601)、第二与门(602)相连，将PI控制器传递过来的电流误差信号转换成脉宽调制信号；第一脉宽调制器(701)是单输入双输出的器件，第一脉宽调制器(701)的输入端与PI控制器(300)的输出端相连，第一脉宽调制器(701)的输出端输出的脉宽调制信号分成两路：一路输出到第一与门(601)的第三输入端；另一路输出到第二与门(602)的第一输入端；第一比较器(401)与控制器(900)、第六功率开关管Q6、第二非门(502)、第一与门(601)、第二电压采样装置V_2sense相连，将充电参考电压信号V_BATmin与蓄电池组电压信号V_BAT做比较，将比较后的结果转换成第六PWM信号PWM6；当V_BAT＞V_BATmin时，第六PWM信号PWM6为零电压信号，当V_BAT＜V_BATmin时，第六PWM信号PWM6为正电压信号；第一比较器(401)的正输入端与控制器(900)的参考电压输出端相连，接收控制器输出的充电参考电压信号，第一比较器(401)的负输入端经第二电压采样装置V_2sense连接到蓄电池组端口BAT+，接收第二电压采样装置V_2sense输出的蓄电池组电压信号V_BAT；第一比较器(401)的输出端输出的第六PWM信号PWM6分成三路：一路输出到第一与门(601)的第一输入端；一路与第六功率开关管Q6的第一端相连，将输出的第六PWM信号PWM6传递到第六功率开关管Q6的第一端，控制第六功率开关管Q6的通断；一路输出到第二非门(502)的输入端；第二比较器(402)与控制器(900)、乘法器(100)、第二与门(602)、第一非门(501)、第五功率开关管Q5相连，将放电参考功率信号P_PVmin与光伏组件输出功率信号P_PV做比较，将比较后的结果转换成第五PWM信号PWM5；当P_PV＞P_PVmin时，第五PWM信号PWM5为零电压信号，当P_PV＜P_PVmin时，第五PWM信号PWM5为正电压信号；第二比较器(402)的正输入端与控制器(900)的基准功率输出端相连，接收控制器输出的放电参考功率信号P_PVmin，第二比较器(402)的负输入端与乘法器(100)的输出端相连，接收乘法器(100)输出的光伏组件输出功率信号P_PV；第二比较器(402)的输出端输出的第五PWM信号PWM5分成三路：一路输出到第二与门(602)的第二输入端；一路输出到第五功率开关管Q5的第一端，控制第五功率开关管Q5的通断；一路输出到第一非门(501)的输入端；第一非门(501)与第二比较器(402)、第一与门(601)相连，将第二比较器(402)传递过来的第五PWM信号PWM5进行非运算，得到第一非门信号输出到第一与门(601)的第二输入端；第二非门(502)与第一比较器(401)、第二与门(602)相连，将第一比较器(401)传递过来的第六PWM信号PWM6进行非运算，得到第二非门信号输出到第二与门(602)的第三输入端；第一与门(601)与第一比较器(401)、第一非门(501)、第一脉宽调制器(701)、第四功率开关管Q4相连，将接收到来自第一比较器(401)的第六PWM信号PWM6、来自第一脉宽调制器(701)的脉宽调制信号、来自第一非门(501)的第一非门信号进行与运算，得到第四PWM信号PWM4；第一与门(601)是三输入单输出的器件：第一输入端与第一比较器(401)输出端相连，第二输入端与第一非门(501)的输出端相连，第三输入端与第一脉宽调制器(701)的输出端相连。第一与门(601)的输出端与第四功率开关管Q4的第一端相连，将第四PWM信号PWM4传递到第四功率开关管Q4的第一端，控制第四功率开关管Q4的通断；第二与门(602)与第二比较器(402)、第二非门(502)、第一脉宽调制器(701)、第三功率开关管Q3相连，将接受到的来自第二比较器(402)的第五PWM信号PWM5，来自第二非门的第二非门信号、来自第一脉宽调制器(701)的脉宽调制信号进行与运算，得到第三PWM信号PWM3；第二与门(602)是三输入单输出的器件：第一输入端与第一脉宽调制器(701)的输出端相连，第二输入端与第二比较器(402)的输出端相连，第三输入端与二非门(502)的输出端相连。第二与门(602)的输出端与第三功率开关管Q3的第一端相连，将输出的第三PWM信号PWM3传递到第三功率开关管Q3的第一端，控制第三功率开关管Q3的通断，控制第三功率开关管Q3的通断；微分器(200)与乘法器(100)和第二脉宽调制器(702)相连，将接受到的光伏组件输出功率信号P_PV微分运算，得到光伏功率微分信号；第二脉宽调制器(702)与微分器(200)、死区控制器(800)、第一功率开关管Q1相连，将接收到的光伏功率微分信号进行调制，得到第一PWM信号PWM1；第二脉宽调制器(702)是单输入双输出的器件；第二脉宽调制器(702)的输入端与微分器(200)的输出端相连，第二脉宽调制器(702)的输出端输出的第一PWM信号PWM1分成两路：一路与第一功率开关管Q1的第一端相连，控制第一功率开关管Q1的通断；一路输出到死区控制器(800)的输入端；死区控制器(800)与第二脉宽调制器(702)、第三非门(503)相连，将收到的第一PWM信号PWM1转换成第一死区PWM控制信号，并将第一死区PWM控制信号输出到第三非门(503)；第三非门(503)与死区控制器(800)和第二功率开关管Q2相连，将接收到的第一死区PWM控制信号进行非运算，得到第二PWM信号PWM2，其中，第三非门(503)是单输入单输出的器件；第三非门(503)的输入端与死区控制器(800)的输出端相连，第三非门(503)的输出端与第二功率开关管Q2的第一端相连，将输出的第二PWM信号PWM2输出到第二功率开关管Q2的第一端，控制第二功率开关管Q2的通断。