[發(fā)明專利]一種電能變換裝置及其直流電路最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)的確定方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310582717.7
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103580476A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王念春;吳曉玉;徐發(fā)喜;王曉龍;秦天平
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M1/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源裝置領(lǐng)域，涉及一種電能變換裝置，還涉及該電能變換裝置直流變換電路最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)的確定方法。

背景技術(shù)

太陽能與風能等新能源并網(wǎng)接入應(yīng)用中，都存在最大功率點跟蹤問題，直流端的紋波電壓大小，會影響并網(wǎng)逆變器的諧波電流大小與逆變器的效率及濾波電容的大小，降低逆變直流側(cè)紋波大小，減小濾波電容的大小，對并網(wǎng)逆變有重要意義。

另一方面，新能源離網(wǎng)系統(tǒng)中有貯能電池，需要對電池進行充電，新能源充電裝置是指新能源供電模塊對蓄電池進行充電的裝置，當新能源供電模塊的輸入電壓很高而配備的蓄電池電壓等級較低時，現(xiàn)有的新能源發(fā)電控制器技術(shù)通常是采用經(jīng)典Buck電路實現(xiàn)電壓的變換和輸出功率的控制。但傳統(tǒng)的單路Buck電路存在一些缺點，如電感電流紋波較大、輸出濾波器的容量較大、系統(tǒng)輸出功率較低。

隨著電子系統(tǒng)集成規(guī)模的不斷加大，要求電源的輸出電流和輸出的功率也越來越大；電子系統(tǒng)工作頻率的不斷提高和工作電壓的不斷降低，要求電源的紋波越來越小；便攜式電子設(shè)備安裝空間有限且日益“輕薄”，要求電源設(shè)計中采用體積小、高度低的電感和電容。基于以上要求，市場上已見兩路交錯并聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)，其工作占空比與電流歸一化幅值K的關(guān)系如圖2所示（其中電流歸一化紋波幅值K定義為輸出電流紋波幅值與單路直流變換電路輸出紋波幅值的比值），其電流紋波和裝置體積都有一定的改善，但兩路并聯(lián)依舊沒能徹底的改善紋波問題，紋波幅值依然較大，為單路變換電路紋波幅值的2/3倍左右。并且，現(xiàn)有的并聯(lián)交錯電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并不是針對具體新能源供電模塊電壓與蓄電池電壓進行設(shè)計的，沒有給出指導性的設(shè)計方法及設(shè)計步驟。

針對以上不足，提出一種具有最優(yōu)輸出電流紋波特性的、輸出濾波器容量小、可大功率輸出的方案甚為必要。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明提供了一種減小輸出電流紋波和輸出濾波器容量，提高輸出功率的電能變換裝置，同時提供了一種該電能變換裝置中直流電路最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)的確定方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的電能變換裝置，包括供電模塊、與供電模塊連接的N路交錯并聯(lián)直流變換電路、與N路交錯并聯(lián)直流變換電路的控制端連接的MPPT核心控制模塊；N路交錯并聯(lián)直流變換電路包括并聯(lián)的電壓變換電路和輸入濾波電容，電壓變換電路為降壓單元、升壓單元或升/降壓單元。

本發(fā)明電能變換裝置的一種優(yōu)選方案中，電壓變換電路為降壓單元，降壓單元為N路Buck降壓電路并聯(lián)而成，N路BUCK降壓電路共用一個輸出濾波電容。

本發(fā)明電能變換裝置的一種優(yōu)選方案中，電壓變換電路為升壓單元，升壓單元為N路Boost升壓電路并聯(lián)而成，N路Boost升壓電路共用一個輸出濾波電容。

本發(fā)明電能變換裝置的一種優(yōu)選方案中，電壓變換電路為升/降壓單元，升/降壓單元為N路Buck-Boost升/降壓電路并聯(lián)而成，N路Buck-Boost升/降壓電路共用一個輸出濾波電容。

本發(fā)明電能變換裝置中，MPPT核心控制模塊包括MCU控制單元、分別與MCU控制單元的輸入端連接的第一電壓檢測單元和第二電壓檢測單元、與MCU控制單元的輸出端連接的驅(qū)動隔離單元、與MCU控制單元的電源輸入端連接的輔助電源單元，驅(qū)動隔離單元的輸入端與MCU控制單元的控制信號輸出端相連，驅(qū)動隔離單元的輸出端和N路交錯并聯(lián)直流變換電路的輸入控制端相連，第一電壓檢測單元的輸入端與供電模塊的輸出端連接，第二電壓檢測單元的輸入端與負載連接。

本發(fā)明的對上述任一種電能變換裝置中直流電路最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)的確定方法，包括以下步驟：

1）根據(jù)供電模塊的電壓、負載的電壓計算出直流變換電路的占空比范圍；

2）根據(jù)下列電流歸一化紋波幅值表達式，分別畫出并聯(lián)路數(shù)為2至N之間的所有N－1個占空比與電流歸一化紋波幅值關(guān)系圖：