[發明專利]一種用于光伏儲能系統的三端口Boost集成式變換器及控制方法

有效

• 申請號: 201910699497.3
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110336459B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 秦嶺;田民;沈家鵬;尹銘;高娟;段冰瑩;周磊;韓啟萌;張宇妍;趙海龍
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02J7/35
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

本發明公開了一種用于光伏儲能系統的新型三端口Boost集成式變換器，所述三端口Boost集成式變換器中只含有一個開關管，電感L1工作在DCM模式，電感L2工作在CCM模式。通過采用PWM+PFM混合調制策略，同時調節占空比D和開關頻率fs，對光伏陣列端電壓采用PFM閉環控制，而對負載端電壓采用PWM閉環控制，進而分別控制系統的光伏陣列端電壓和負載端電壓。與由Boost光伏接口PWM變換器和Boost儲能接口PWM變換器級聯而成的傳統光伏儲能系統主電路相比，所提三端口Boost集成式變換器減少了一個開關管及其驅動模塊，提高了系統的集成度及效率，并降低了成本。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，具體為一種用于光伏儲能系統的三端口Boost集成式變換器及控制方法。

背景技術

隨著能源危機與環境污染的日益加劇，光伏發電技術受到各國政府和企業的廣泛關注。由于太陽能具有波動性和隨機性，光伏發電系統需要配備蓄電池來儲存和調節電能，保證向負載(如直流變換器、逆變器、直流微網等)連續穩定供電。因此，光伏儲能發電系統具有光伏、蓄電池和負載三個端口，且通常采用光伏接口和儲能接口兩個變換器，分別實現光伏陣列的最大功率點跟蹤控制和蓄電池的充放電控制。現有的光伏儲能系統能夠有效地實現能量管理與控制，但存在結構復雜，元器件數量多，體積重量大，整體效率低，成本高等缺點。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種用于光伏儲能系統的三端口Boost集成式變換器，將由Boost光伏接口PWM變換器和Boost儲能接口PWM變換器級聯而成的傳統光伏儲能系統主電路，通過復用功率開關管集成在一起，并采用PWM+PFM的混合調制策略，得到所提三端口Boost集成式變換器。所提三端口Boost集成式變換器可以實現三個端口間功率流的靈活控制，與原光伏儲能系統主電路相比，該集成式變換器減少了一個開關管及其驅動模塊，提高了系統的集成度及效率，并降低了成本，對于中小功率光伏發電應用場合有著重要意義。

為了實現上述發明目的，本發明采用了以下技術方案：一種用于光伏儲能系統的三端口Boost集成式變換器，，所述光伏儲能系統是由控制電路、驅動模塊以及主電路組成，所述主電路是由三端口Boost集成式變換器構成，三端口Boost集成式變換器中具有三個端口，所述三個端口分別為光伏端口、蓄電池端口以及負載端口，三端口Boost集成式變換器中只設有一個開關管，所述開關管S設有三個引腳，三端口Boost集成式變換器是由開關管S、電感L1、電感L2、電容C1、電容C2、電容C3、二極管D1、二極管D2、二極管D3、光伏端口、蓄電池端口、負載端口組成，所述光伏端口與電容C1并聯，所述光伏端口的正極與電感L1的一端連接，光伏端口的負極與蓄電池端口的負極連接，所述電感L1的另一端分別與二極管D1和二極管D2的陽極連接，所述二極管D1的陰極分別與蓄電池端口的正極、電容C2一端、電感L2一端連接，電感L2的另一端分別與開關管S中的一端、二極管D2的陰極以及二極管D3陽極連接，所述蓄電池端口的負極與電容C2另一端以及開關管S的另一端連接；所述負載端口與電容C3并聯，所述負載端口的正極與二極管D3的陰極連接，負載接口的負極與開關管S的另一端連接。

進一步的，所述開關管S為MOS管，MOS管中的三個引腳分別為：漏極引腳d、源極引腳s、柵極引腳g,所述MOS管的d引腳分別與電感L2的一端、二極管D2的陰極、以及二極管的陽極連接，MOS管的s引腳與蓄電池端口、光伏端口或負載端口的負極連接，所述MOS管的g引腳與驅動模塊連接。

進一步的，所述光伏儲能系統中的控制電路是由調制電路、第一控制支路、第二控制支路組成，所述第一控制支路與第二控制支路分別與調制電路的輸入端連接，所述調制電路的輸出端與驅動模塊連接。

進一步的，所述調制電路是由PFM模塊與PWM模塊組成，所述PFM模塊輸入端與第一控制支路的輸出端連接，所述PWM模塊的輸入端與第二控制支路的輸出端連接，PFM模塊與PWM模塊的輸出端與驅動模塊的輸入端連接。