[發(fā)明專利]一種共用鋁電極的太陽能電池-超級(jí)電容器件的充放電電路及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710317068.6
• 申請(qǐng)日: 2017-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN107069924B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊洪明;常鞏;張寧;楊迪;鄧友均;張?jiān)婙Q
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/35
• 分類號(hào): H02J7/35;H02J3/38;H02J3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種共用鋁電極的太陽能電池?超級(jí)電容器件的充放電電路及其控制方法，包括共用鋁電極的太陽能電池?超級(jí)電容器件、充電回路、放電回路及控制電路。該器件的端口3連接充電啟動(dòng)開關(guān)、二極管和端口2構(gòu)成充電回路；端口1和端口3連接放電啟動(dòng)開關(guān)和Boost變換器構(gòu)成放電回路；控制電路由檢測單元、反饋電路、比較器、第一PI調(diào)節(jié)器、第二PI調(diào)節(jié)器、限幅器、PWM調(diào)制器和太陽能電池輸出功率預(yù)測單元構(gòu)成。太陽能電池?超級(jí)電容器件通過二極管充電，通過檢測單元獲得直流母線電壓和電流并輸入到比較器，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器和PWM調(diào)制器產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)，控制Boost變換器對(duì)超級(jí)電容放電。本發(fā)明能通過控制超級(jí)電容的充放電，從而穩(wěn)定直流母線電壓、降低太陽能電池輸出功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種共用鋁電極的太陽能電池-超級(jí)電容器件的充放電電路及其控制方法，屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著當(dāng)前社會(huì)能源、環(huán)境等問題的日益嚴(yán)重，太陽能等可再生能源受到人們的廣泛關(guān)注。近年來，光伏發(fā)電站建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，光伏發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量問題成為研究熱點(diǎn)。由于光伏發(fā)電輸出功率是隨光照強(qiáng)度、溫度等外界環(huán)境因素的改變而變化的，光伏發(fā)電具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。為了平抑光伏輸出功率的波動(dòng)，學(xué)界提出了光伏-儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過將光伏發(fā)電多余的能量儲(chǔ)存在儲(chǔ)能設(shè)備中，在光伏發(fā)電受到光照等外界環(huán)境因素影響而發(fā)生波動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)能設(shè)備釋放能量穩(wěn)定光伏輸出功率波動(dòng)，從而抑制光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)造成的危害。

現(xiàn)有的技術(shù)中主要研究了相互獨(dú)立的兩個(gè)器件，即太陽能電池和超級(jí)電容之間的充放電控制方法。專利號(hào)CN201610957635.X“一種利用超級(jí)電容鎮(zhèn)定直流母線的電動(dòng)汽車光伏充電站”通過在太陽能電池和超級(jí)電容間連接DC-DC變換器，利用控制電路調(diào)節(jié)DC-DC變換器，從而調(diào)節(jié)超級(jí)電容的充放電達(dá)到鎮(zhèn)定直流母線電壓的目的。上述專利只是針對(duì)太陽能電池和超級(jí)電容兩個(gè)獨(dú)立的器件，研發(fā)了太陽能電池與超級(jí)電容間的充放電控制，并不適用于本發(fā)明中的共用鋁電極的太陽能電池-超級(jí)電容三端口器件。而且在外界環(huán)境突變時(shí)，如云層飄過遮擋太陽，光照強(qiáng)度突然變?nèi)醯那闆r下，上述專利的DC-DC變換器不能及時(shí)完成充電和放電兩種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致并網(wǎng)點(diǎn)出現(xiàn)短時(shí)的快速功率波動(dòng)。

因此，綜合考慮共用鋁電極的太陽能電池-超級(jí)電容三端口器件的新穎性和光伏發(fā)電隨外界環(huán)境突變的特性，通過引入由太陽能電池輸出功率預(yù)測單元控制的充電啟動(dòng)開關(guān)和放電啟動(dòng)開關(guān)，在突變時(shí)刻之前及時(shí)轉(zhuǎn)換充放電狀態(tài)的太陽能電池-超級(jí)電容器件的充放電電路及其控制方法亟待開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，創(chuàng)新研發(fā)了一種太陽能電池-超級(jí)電容三端口器件的充放電電路及其控制方法，依靠短時(shí)光伏預(yù)測輸出功率與預(yù)計(jì)光伏輸出功率的比較，提前轉(zhuǎn)換超級(jí)電容充放電狀態(tài)，在外界環(huán)境變化的情況下，使光伏發(fā)電系統(tǒng)仍然有平穩(wěn)的功率輸出。

一種共用鋁電極的太陽能電池-超級(jí)電容器件的充放電電路及其控制方法的具體技術(shù)方案如下：

一種共用鋁電極的太陽能電池-超級(jí)電容器件的充放電電路及其控制方法，包括太陽能電池-超級(jí)電容器件、充電回路、放電回路和控制電路，太陽能-超級(jí)電容器件將太陽能電池的鋁電極同時(shí)作為超級(jí)電容的陽極襯底，把太陽能電池和超級(jí)電容融合為一個(gè)三端口器件，從共用鋁電極處引出端口1，太陽能電池正極引出端口2，超級(jí)電容的陰極引出端口3；充電回路包括二極管、關(guān)系運(yùn)算模塊1和理想開關(guān)1，放電回路包括Boost變換器、關(guān)系運(yùn)算模塊2和理想開關(guān)2；控制電路包括檢測單元、反饋電路、比較器、第一PI調(diào)節(jié)器、第二PI調(diào)節(jié)器、限幅器、PWM調(diào)制器和太陽能電池輸出功率預(yù)測單元；

充電回路通過太陽能電池-超級(jí)電容器件的端口3依次連接關(guān)系運(yùn)算模塊1、理想開關(guān)1、充電二極管和端口2構(gòu)成；

放電回路通過太陽能電池-超級(jí)電容器件的端口1和端口3連接Boost變換器，經(jīng)過控制電路輸出的開關(guān)信號(hào)，控制開關(guān)管的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容的放電；