一种供电的控制方法和供电系统与流程

本发明涉及供电系统的控制领域，特别是一种针对大功率低电压高电流新能源电池的直流变换器供电的控制方法。

背景技术：

近年来，随着社会发展和进步，能源紧缺、环境污染等问题越来越显著，可再生清洁能源的开发、能源多元化等技术已成为人类未来发展的必要选择。能源是人类社会发展的重要物质基础，也是人类从事各种社会、经济活动的原动力。2012年6月，著名的美国经济学家杰里米·里夫金提出，世界即将步入“后碳”时代，以互联网技术和可再生能源相结合为特征的第三次工业革命将是人类可持续发展、避免灾难性气候变化的希望。我国正在从战略上调整目前的能源结构，大力研究开发清洁可再生能源技术，包括风能、太阳能、氢能等能源的开发与应用。然而，无论是风能、太阳能还是燃料电池的电压等级均是比较低且变化范围比较宽，不能直接将这些新能源发出的电直接用于蓄电池、负载以及逆变器来使用，需要较大的电压增益才能将作用这些负载。

新能源的大规模开发利用是目前解决能源与环境问题，实现经济和社会可持续发展的重要途径。近些年新能源发电技术的高速发展促使分布式发电技术也突飞猛进，为了使燃料电池和太阳能光伏电池等新能源能给蓄电池、负载以及逆变器供电，因此有必要提供一种控制简单供电方法和供电系统，可实现性强，高增益，低纹波的大功率直流变换器来克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

目前在供电系统功率变换器中，应用比较广泛的是传统boost以及双向boost-buck电路，但是对于大功率燃料电池而言在实际应用中由于输入电流较大，这就导致了如果采用传统的电路来实现这些功能将会对器件的要求特别高，将会使整个系统的体积增大，这样损耗压降增大。

发明的目的是提供一种基于大功率燃料电池的直流功率变换器的供电控制方法和供电系统，其功能为将电压等级较低的直流电压升压为电压等级高的直流电压，为负载供电；并入电网，为逆变器提供输入电压；为蓄电池充电等。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种供电的控制方法，包括采集功率变换电路中电流值、电压值和温度值，判断其中任意一个值是否超过阈值，若超过阈值，则停止供电；若不超过阈值，则将电流值、电压值，分别与外环输入电流值、电压值做差，输出功率变换电路每相的占空比值，判断占空比值的平均值与占空比的比值，调整功率变换器的相位。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述判断占空比值的平均值与占空比的比值，若误差小于等于5％，则占空比值保持不变；

若误差大于5％，则取其占空比值得平均值，然后在进行移相使得功率变换器三相占空比的相位相差120°。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的电流值为总输入电流、输出电流和3相电感电流。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的电压值中间电容电压和输出电压。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的温度为功率变换器的温度。

一种供电系统，包括功率变换电路，继电器控制模块，滤波电路，蓄电池，燃料电池、负载和控制器，其中控制器采集功率变换电路中电流值、电压值和温度值，判断其中任意一个值是否超过阈值，若超过阈值，则停止对蓄电池和负载供电；

若不超过阈值，则将功率变换电路中电流值、电压值，分别与外环输入电流值、电压值做差，输出功率变换电路每相的占空比值，判断占空比值的平均值与占空比的比值，调整功率变换器的相位。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的控制器包括逻辑控制器、平均电流模块，恒压输出模块，恒流输出模块，pwm驱动模块，信号采集和处理模块，继电器控制模块就人机接口，所述的信号采集模块采集功率变换器的电流值、电压值和温度值，所述的逻辑控制器接收信号采集模块采集的信息号，与人机接口的外围输入信号进行计算，将反馈信号送至平均电流模块，恒压输出模块，恒流输出模块，所述平均电流模块，恒压输出模块，恒流输出模块根据反馈信号控制pwm驱动模块驱动，所述继电器控制模块用于接收控制信号。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的功率变换电路包括两级直流变换电路，分别为前级电路和后级电路，其中前级电路包括并联连接的三个单相boost电路，每相均由一个电感和一个二极管串联且电感和二极管之间接入一个igbt组成；后级电路由六个桥臂组成，前两个桥臂由上桥臂及下桥臂igbt串联构成，后四个桥臂由上桥臂及下桥臂二极管串联构成，前两个桥臂和后四个桥臂由一个谐振电感、隔直电容和高频变压器相连，前级电路和后级电路间由两个电容并联相连。

本发明的供电的控制方法和供电系统相对于现有技术具有以下有益效果：

能为负载独立供电、为逆变器提供高等级的输入电压、为蓄电池充电等，且效率高，输出电压、电流纹波小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明供电方法的逻辑流程图。

图2为本发明供电系统的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的供电控制方法，包括采集功率变换电路中电流值、电压值和温度值，判断其中任意一个值是否超过阈值，若超过阈值，则停止供电；

若不超过，则将电流值、电压值，分别与外环输入电流值、电压值做差，输出功率变换电路每相的占空比值，判断占空比值的平均值与占空比的比值，调整功率变换器的相位。

其中，判断占空比值的平均值与占空比的比值，若误差在5％以内则占空比值保持不变；

若误差大于5％，则取其占空比值得平均值，然后在进行移相使得功率变换器三相占空比的相位相差120°。

其中，调整相位后进行入下一个实时监控的状态。

如图2所示，一种供电系统，包括功率变换电路，继电器控制模块，滤波电路，蓄电池，燃料电池、负载和控制器，其中控制器采集功率变换电路中电流值、电压值和温度值，判断其中任意一个值是否超过阈值，若超过阈值，则停止对蓄电池和负载供电；

若不超过，则将功率变换电路中电流值、电压值，分别与外环输入电流值、电压值做差，输出功率变换电路每相的占空比值，判断占空比值的平均值与占空比的比值，调整功率变换器的相位。

其中，控制器包括逻辑控制器、平均电流模块，恒压输出模块，恒流输出模块，pwm驱动模块，信号采集和处理模块，继电器控制模块就人机接口，所述的信号采集模块采集功率变换器的电流值、电压值和温度值，所述的逻辑控制器接收信号采集模块采集的信息号，与人机接口的外围输入信号进行计算，将反馈信号送至平均电流模块，恒压输出模块，恒流输出模块，所述平均电流模块，恒压输出模块，恒流输出模块根据反馈信号控制pwm驱动模块驱动，所述继电器控制模块用于接收控制信号。

其中，功率变换电路包括两级直流变换电路，分别为前级电路和后级电路，其中前级电路包括并联连接的三个单相boost电路，每相均由一个电感和一个二极管串联且电感和二极管之间接入一个igbt组成；后级电路由六个桥臂组成，前两个桥臂由上桥臂及下桥臂igbt串联构成，后四个桥臂由上桥臂及下桥臂二极管串联构成，前两个桥臂和后四个桥臂由一个谐振电感、隔直电容和高频变压器相连，前级电路和后级电路间由两个电容并联相连。

其中，信号采集及处理模块将前级电路中的总输入电流iin、电感电流ila、ilb、ilc；中间级电容电压uc1以及输出电感电流ilout、输出电容电压ucout、温度值，采样处理后送给逻辑控制器，逻辑控制器根据采样送来的信号判断整个系统的工作模式，如开启或停止恒流输出、恒压输出模式；将控制信号分别送给平均电流模块、恒流输出或恒压输出模式以及继电器控制模块。

其中，平均电流模块将经过逻辑控制器处理过的数据中的中间级电压作为外环输入，与人机接口送来的电压给定相减后给pi，得到输出送给电流内环作为给定与前级电感电流的平均值相减送给pi，得到输出为每相的占空比，将得到的占空比求平均值然后与占空比相比，若误差在5％以内则保持原值不变；若误差大于5％，则取其平均值为占空比，然后进行移相保证三相的占空比相差120°，得到三相交错boost的igbt的驱动信号，送给带保护的pwm驱动模块。

当为恒流输出或恒压输出模式，得到逻辑处理器送来工作模式指令，来选择是以输出电压后输出电流作为最终控制的目标，然后将采样的值作为反馈值，人机接口接收到的值为给定值相减送到pi控制器，得到的值为后级两桥臂移相大小送到带保护功能的pwm驱动模块，送到igbt的驱动口。

其中，控制器控制继电器控制模块，继电器控制模块控制继电器j1、j2、j3、j4的闭合和断开。继电器j1保证整个直流变换器系统在刚启动阶段不会出现较大的冲击对器件造成危害保证接下来能正常运行；j2、j3、j4保证在输出状态切换时的无缝切换。

当在输入功率不变的情况下，若需要大电流工作是将j2打开，j3、j4闭合；而需要大电压工作时则相反动作；并且j2和j3、j4本身要求动作要相反不可同时工作。特别是在给电池充电时，刚开始电压小可以用大电流小电压充电，当电池电压和输出电压相等时则切换到大电压工作，这样可以保证充电的快速性。

本发明供电系统采用两级电路且前级采用三相交错boost电路，大功率情况下减小了器件的耐压、耐流等级和应力，减小了整体体积以及增强整体的散热效果；具有两种工作模式，恒流输出、恒压输出；能为负载、蓄电池等提供能量，且控制简单，输出的总谐波分量低，效率高。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。