[發(fā)明專利]一種新型微型光儲(chǔ)變換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510001599.5
• 申請(qǐng)日: 2015-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN104506066A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張濤;陳世明;劉寶龍;查亞兵;雷洪濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/49
• 分類號(hào): H02M7/49;H02J3/38
• 代理公司: 國(guó)防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 郭敏

1.一種新型微型光儲(chǔ)變換器，在使用時(shí)通過光伏電池組件接口PV+、PV-與光伏電池組件相連，通過蓄電池組接口BAT+、BAT-與蓄電池組相連，通過直流母線接口LINE+、LINE-與直流母線相連；N個(gè)微型光儲(chǔ)變換器串聯(lián)形成微型光儲(chǔ)變換器串聯(lián)組；其特征在于新型微型光儲(chǔ)變換器由電力電子變換單元(1)以及控制單元(2)組成，下文所述功率開關(guān)管均為N溝道型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管N-MOSFET，功率開關(guān)管的第一端為N-MOSFET的柵極，功率開關(guān)管第二端為N-MOSFET的漏極，功率開關(guān)管第三端為N-MOSFET的源極；

電力電子變換單元(1)由光伏變換模塊(1a)、高頻變壓器T1和蓄電池組變換模塊(1b)組成；

光伏變換模塊(1a)由光伏側(cè)電容C_PV、第二功率開關(guān)管Q2、第一功率開關(guān)管Q1以及第一電容C1組成；

光伏側(cè)電容C_PV的正極既連接到第二功率開關(guān)管Q2的第二端，又與光伏電池組件接口的正端PV+相連；光伏側(cè)電容C_PV的負(fù)極既連接到的第一功率開關(guān)管Q1的第三端，又與光伏電池組件接口的負(fù)端PV-相連；

第二功率開關(guān)管Q2第二端既連接到光伏側(cè)電容C_PV的正極，又與高頻變壓器T1原級(jí)繞組的同名端相連，第二功率開關(guān)管Q2第三端與第一電容C1的一端相連；

第一電容C1的一端既連接到第一功率開關(guān)管Q1的第二端又與高頻變壓器T1原邊繞組的異名端相連，另一端與第二功率開關(guān)管Q2第三端相連；

第一功率開關(guān)管Q1的第二端既連接到高頻變壓器T1原邊繞組的異名端，又與第一電容C1相連，第一功率開關(guān)管Q1的第三端連接到光伏側(cè)電容C_PV的負(fù)極；

蓄電池組變換模塊(1b)由蓄電池組側(cè)電容C_BAT、第三功率開關(guān)管Q3、第四功率開關(guān)管Q4、第五功率開關(guān)管Q5、第六功率開關(guān)管Q6以及直流母線側(cè)電容C_LINE組成；

蓄電池組側(cè)電容C_BAT的正極既連接到第三功率開關(guān)管Q3的第二端，又與蓄電池組接口的正端(BAT+)相連；蓄電池組側(cè)電容C_BAT的負(fù)極既連接到的第四功率開關(guān)管Q4的第三端，又與蓄電池組接口的負(fù)端BAT-相連；

第三功率開關(guān)管Q3的第三端既連接到第四功率開關(guān)管Q4的第二端，又與高頻變壓器T1次級(jí)繞組的同名端相連；第三功率開關(guān)管Q3的第二端連接到蓄電池組側(cè)電容C_BAT的正極；

第四功率開關(guān)管Q4的第二端既連接到第三功率開關(guān)管Q3的第三端，又與高頻變壓器T1次級(jí)繞組的同名端相連；第四功率開關(guān)管Q4的第三端連接到蓄電池組側(cè)電容C_BAT的負(fù)極；

第六功率開關(guān)管Q6的第二端既連接到第四功率開關(guān)管Q4的第三端，又與直流母線側(cè)電容C_LINE的負(fù)極相連；第六功率開關(guān)管Q6的第三端既連接到第五功率開關(guān)管Q5的第三?端，又與高頻變壓器T1的次級(jí)繞組的異名端相連；

第五功率開關(guān)管Q5的第二端連接到直流母線側(cè)電容C_LINE的正端；第五功率開關(guān)管Q5的第三端既接到高頻變壓器T1次級(jí)繞組的異名端，又與第六功率開關(guān)管Q6的第三端相連；

直流母線側(cè)電容C_LINE的正極既連接到第六功率開關(guān)管Q6的第二端，又與直流母線接口的正端LINE+相連，直流母線側(cè)電容C_LINE的負(fù)極既連接到第五功率開關(guān)管Q5的第二端，又與直流母線的負(fù)端LINE-相連；

所述高頻變壓器T1為雙繞組反激式變壓器，高頻變壓器T1原邊繞組的同名端連接到第二功率開關(guān)管Q2的第二端，原邊繞組的異名端既連接到第一功率開關(guān)管Q1的第二端，又與第一電容C1的一端相連；高頻變壓器T1的次級(jí)繞組的異名端既連接到第五功率開關(guān)管Q5的第三端，又與第六功率開關(guān)管Q6的第三端相連；高頻變壓器T1的次級(jí)繞組的同名端既連接到第四功率開關(guān)管Q4的第二端，又與第三功率開關(guān)管Q3的第三端相連；

所述控制單元(2)由蓄電池組充放電控制模塊(2a)、最大功率跟蹤模塊(2b)、乘法器(100)、第一電壓采樣裝置V_1sense、第一電流采樣裝置I_1sense、第二電壓采樣裝置V_2sense、第二電流采樣裝置I_2sense組成；

蓄電池組充放電控制模塊2a由控制器(900)、PI控制器(300)、第一比較器(401)、第二比較器(402)、第一脈寬調(diào)制器(701)、第一非門(501)、第二非門(502)、第一與門(601)、第二與門(602)組成；

最大功率跟蹤模塊2b由微分器(200)、第二脈寬調(diào)制器(702)、死區(qū)控制器(800)、第三非門(503)組成；

第一脈寬調(diào)制器(701)、第二脈寬調(diào)制器(702)為單輸入雙輸出器件，第一脈寬調(diào)制器(701)、第二脈寬調(diào)制器(702)輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)頻率不小于高頻變壓器T1的工作頻率f；

第一非門(501)、第二非門(502)、第三非門(503)，第一與門(601)、第二與門(602)均為邏輯器件，選用時(shí)滿足其對(duì)于輸入輸出路數(shù)的要求；

死區(qū)控制器(800)為具有預(yù)設(shè)死區(qū)時(shí)間功能的器件；

乘法器(100)與第一電壓采樣裝置V_1sense、第一電流采樣裝置I_1sense、第二比較器(402)、微分器(200)相連，將接受到的光伏輸出電壓信號(hào)V_PV、光伏輸出電流信號(hào)I_PV轉(zhuǎn)換成光伏組件輸出功率信號(hào)P_PV；

控制器(900)為具有存儲(chǔ)功能的信號(hào)處理器件，控制器(900)與第一比較器(401)、PI控制器(300)、第二比較器(402)相連；控制器(900)內(nèi)預(yù)設(shè)有充放電電流基準(zhǔn)信號(hào)I_ref、充電參考電壓信號(hào)V_BATmin、放電參考功率信號(hào)P_PVmin；

PI控制器(300)與第二電流采樣裝置I_2sense、控制器(900)相連；PI控制器(300)的一個(gè)輸入端與控制器(900)的基準(zhǔn)電流輸出端相連，接收控制器輸出的充放電基準(zhǔn)電流信號(hào)I_ref，PI控制器(300)的另一個(gè)輸入端經(jīng)第二電流采樣裝置I_2sense連接到蓄電池組端口?BAT-；PI控制器(300)的輸出端連接到第一脈寬調(diào)制器(701)的輸入端，PI控制器(300)將控制器(900)輸出的充放電基準(zhǔn)電流信號(hào)I_ref和第二采樣裝置輸出的蓄電池組充放電電流信號(hào)I_BAT轉(zhuǎn)換成電流誤差信號(hào)，并將電流誤差信號(hào)輸出到第一脈寬調(diào)制器(701)；

第一脈寬調(diào)制器(701)與PI控制器(300)、第一與門(601)、第二與門(602)相連，將PI控制器傳遞過來的電流誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制信號(hào)；第一脈寬調(diào)制器(701)是單輸入雙輸出的器件，第一脈寬調(diào)制器(701)的輸入端與PI控制器(300)的輸出端相連，第一脈寬調(diào)制器(701)的輸出端輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)分成兩路：一路輸出到第一與門(601)的第三輸入端；另一路輸出到第二與門(602)的第一輸入端；

第一比較器(401)與控制器(900)、第六功率開關(guān)管Q6、第二非門(502)、第一與門(601)、第二電壓采樣裝置V_2sense相連，將充電參考電壓信號(hào)V_BATmin與蓄電池組電壓信號(hào)V_BAT做比較，將比較后的結(jié)果轉(zhuǎn)換成第六PWM信號(hào)PWM6；當(dāng)V_BAT＞V_BATmin時(shí)，第六PWM信號(hào)PWM6為零電壓信號(hào)，當(dāng)V_BAT＜V_BATmin時(shí)，第六PWM信號(hào)PWM6為正電壓信號(hào)；第一比較器(401)的正輸入端與控制器(900)的參考電壓輸出端相連，接收控制器輸出的充電參考電壓信號(hào)，第一比較器(401)的負(fù)輸入端經(jīng)第二電壓采樣裝置V_2sense連接到蓄電池組端口BAT+，接收第二電壓采樣裝置V_2sense輸出的蓄電池組電壓信號(hào)V_BAT；第一比較器(401)的輸出端輸出的第六PWM信號(hào)PWM6分成三路：一路輸出到第一與門(601)的第一輸入端；一路與第六功率開關(guān)管Q6的第一端相連，將輸出的第六PWM信號(hào)PWM6傳遞到第六功率開關(guān)管Q6的第一端，控制第六功率開關(guān)管Q6的通斷；一路輸出到第二非門(502)的輸入端；

第二比較器(402)與控制器(900)、乘法器(100)、第二與門(602)、第一非門(501)、第五功率開關(guān)管Q5相連，將放電參考功率信號(hào)P_PVmin與光伏組件輸出功率信號(hào)P_PV做比較，將比較后的結(jié)果轉(zhuǎn)換成第五PWM信號(hào)PWM5；當(dāng)P_PV＞P_PVmin時(shí)，第五PWM信號(hào)PWM5為零電壓信號(hào)，當(dāng)P_PV＜P_PVmin時(shí)，第五PWM信號(hào)PWM5為正電壓信號(hào)；第二比較器(402)的正輸入端與控制器(900)的基準(zhǔn)功率輸出端相連，接收控制器輸出的放電參考功率信號(hào)P_PVmin，第二比較器(402)的負(fù)輸入端與乘法器(100)的輸出端相連，接收乘法器(100)輸出的光伏組件輸出功率信號(hào)P_PV；第二比較器(402)的輸出端輸出的第五PWM信號(hào)PWM5分成三路：一路輸出到第二與門(602)的第二輸入端；一路輸出到第五功率開關(guān)管Q5的第一端，控制第五功率開關(guān)管Q5的通斷；一路輸出到第一非門(501)的輸入端；

第一非門(501)與第二比較器(402)、第一與門(601)相連，將第二比較器(402)傳遞過來的第五PWM信號(hào)PWM5進(jìn)行非運(yùn)算，得到第一非門信號(hào)輸出到第一與門(601)的第二輸入端；

第二非門(502)與第一比較器(401)、第二與門(602)相連，將第一比較器(401)傳遞過來的第六PWM信號(hào)PWM6進(jìn)行非運(yùn)算，得到第二非門信號(hào)輸出到第二與門(602)的第三輸入端；

第一與門(601)與第一比較器(401)、第一非門(501)、第一脈寬調(diào)制器(701)、第四功率開關(guān)管Q4相連，將接收到來自第一比較器(401)的第六PWM信號(hào)PWM6、來自第一脈寬調(diào)制器(701)的脈寬調(diào)制信號(hào)、來自第一非門(501)的第一非門信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算，得到第四PWM信號(hào)PWM4；第一與門(601)是三輸入單輸出的器件：第一輸入端與第一比較器(401)輸出端相連，第二輸入端與第一非門(501)的輸出端相連，第三輸入端與第一脈寬調(diào)制器(701)的輸出端相連。第一與門(601)的輸出端與第四功率開關(guān)管Q4的第一端相連，將第四PWM信號(hào)PWM4傳遞到第四功率開關(guān)管Q4的第一端，控制第四功率開關(guān)管Q4的通斷；

第二與門(602)與第二比較器(402)、第二非門(502)、第一脈寬調(diào)制器(701)、第三功率開關(guān)管Q3相連，將接受到的來自第二比較器(402)的第五PWM信號(hào)PWM5，來自第二非門的第二非門信號(hào)、來自第一脈寬調(diào)制器(701)的脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算，得到第三PWM信號(hào)PWM3；第二與門(602)是三輸入單輸出的器件：第一輸入端與第一脈寬調(diào)制器(701)的輸出端相連，第二輸入端與第二比較器(402)的輸出端相連，第三輸入端與二非門(502)的輸出端相連。第二與門(602)的輸出端與第三功率開關(guān)管Q3的第一端相連，將輸出的第三PWM信號(hào)PWM3傳遞到第三功率開關(guān)管Q3的第一端，控制第三功率開關(guān)管Q3的通斷，控制第三功率開關(guān)管Q3的通斷；

微分器(200)與乘法器(100)和第二脈寬調(diào)制器(702)相連，將接受到的光伏組件輸出功率信號(hào)P_PV微分運(yùn)算，得到光伏功率微分信號(hào)；

第二脈寬調(diào)制器(702)與微分器(200)、死區(qū)控制器(800)、第一功率開關(guān)管Q1相連，將接收到的光伏功率微分信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，得到第一PWM信號(hào)PWM1；第二脈寬調(diào)制器(702)是單輸入雙輸出的器件；第二脈寬調(diào)制器(702)的輸入端與微分器(200)的輸出端相連，第二脈寬調(diào)制器(702)的輸出端輸出的第一PWM信號(hào)PWM1分成兩路：一路與第一功率開關(guān)管Q1的第一端相連，控制第一功率開關(guān)管Q1的通斷；一路輸出到死區(qū)控制器(800)的輸入端；

死區(qū)控制器(800)與第二脈寬調(diào)制器(702)、第三非門(503)相連，將收到的第一PWM信號(hào)PWM1轉(zhuǎn)換成第一死區(qū)PWM控制信號(hào)，并將第一死區(qū)PWM控制信號(hào)輸出到第三非門(503)；

第三非門(503)與死區(qū)控制器(800)和第二功率開關(guān)管Q2相連，將接收到的第一死區(qū)PWM控制信號(hào)進(jìn)行非運(yùn)算，得到第二PWM信號(hào)PWM2，其中，第三非門(503)是單輸入單輸出的器件；第三非門(503)的輸入端與死區(qū)控制器(800)的輸出端相連，第三非門(503)的輸出端與第二功率開關(guān)管Q2的第一端相連，將輸出的第二PWM信號(hào)PWM2輸出到第二功率開關(guān)管Q2的第一端，控制第二功率開關(guān)管Q2的通斷。