一种分布式的一体化发电电路及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发电拓扑控制电路，尤其涉及一种分布式的一体化发电电路，并 涉及采用了该分布式的一体化发电电路的一体化发电电路控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济的不断发展，能源的需求与环境保护的矛盾越来越突出，而以太阳能、风 能、地热能为代表的新能源发电技术及其相关的能量控制策略成为社会研究的热点。
[0003] 多端口变换器（(Multi-port converter，MPC)是典型的包含储能环节的新能源独 立发电系统。多端口变换器从拓扑节结构上可分为非隔离型和隔离型两大类，其相对应的 控制策略也不尽相同，且控制较为复杂，实现多级并联较为困难。目前工程中采用的是易于 工程化生产而设计的单向和多向DC/DC有效组合，以实现系统能量管理与控制的多端口能 源解决方案；但是由于功率变换器数量多，体积与重量较大，且存在多级功率变换，系统效 率较低，控制复杂。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够获取较高可靠性，采取了较宽的 电压范围，并保证储能装置不至于过流和过压的分布式的一体化发电电路，同时提供该一 体化发电电路的控制方法，进而减小其体积与重量，提高系统效率，降低控制的复杂程度。
[0005] 对此，本发明提供一种分布式的一体化发电电路，包括：光伏阵列输入端、场效应 管S1、场效应管S2、场效应管S3、蓄电池、场效应管S4以及变压器T1，所述光伏阵列输入端 的P1端口分别与负载和场效应管S1的源极相连接，所述场效应管S1的漏极与所述变压器 T1的第二线圈L2的一端相连接，所述变压器T1的第二线圈L2的另一端与场效应管S3的 漏极相连接；所述光伏阵列输入端的P2端口分别与场效应管S2的漏极和场效应管S4的源 极相连接，所述场效应管S2的源极与所述变压器T1的第一线圈L1的一端相连接，所述变 压器T1的第一线圈L1的另一端接地；所述场效应管S4的漏极与所述变压器T1的第三线 圈L3的一端相连接，所述变压器T1的第三线圈L3的另一端与所述场效应管S3的漏极相 连接；所述场效应管S3的源极连接至蓄电池的正极，所述蓄电池的负极接地。
[0006] 本发明的进一步改进在于，还包括二极管D5,所述光伏阵列输入端的P1端口与二 极管D5的阳极相连接，所述二极管D5的阴极分别与负载和场效应管S1的源极相连接。
[0007] 本发明的进一步改进在于，还包括二极管D7,所述二极管D5的阴极分别与场效应 管S2的漏极和二极管D7的阳极相连接，所述二极管D7的阴极与负载相连接。
[0008] 本发明的进一步改进在于，还包括电容C1，所述极管D7的阴极通过电容C1接地。
[0009] 本发明的进一步改进在于，还包括二极管D6,所述光伏阵列输入端的P2端口与二 极管D6的阳极相连接，所述二极管D6的阴极分别与场效应管S2的漏极和场效应管S4的 源极相连接。
[0010] 本发明的进一步改进在于，所述场效应管S1、场效应管S2、场效应管S3和场效应 管S4均带有寄生二极管。
[0011] 本发明还提供一种分布式的一体化发电电路控制方法，采用了如上所述的分布式 的一体化发电电路，并包括以下步骤：
[0012] 步骤S1，根据负载的输出电压，将误差控制信号Vc划分为三个工作区间，分别为 第一工作区间rl、第二工作区间r2和第三工作区间r3 ;
[0013] 步骤S2,在两个相邻的工作区间之间划分确定死区；
[0014] 步骤S3,根据误差控制信号Vc和蓄电池的充电电流Ic，计算出第一工作区间rl 和第三工作区间r3的跨导；
[0015] 步骤S4,计算各个工作区间的负载电流Ikd。
[0016] 本发明的进一步改进在于，所述第一工作区间rl的误差控制信号％^为 12. 5V-20V，所述第二工作区间r2的误差控制信号10. 5V-12V，所述第三工作区间r3 的误差控制信号％^3为2V-10V。
[0017] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，所述第一工作区间rl的蓄电池的充电 电流Ic与第一工作区间rl的跨导Gi之间的关系为I。= G ' (Vy-12. 5);所述第三工作 区间r3的蓄电池的充电电流Ic与第一工作区间r3的跨导G3之间的关系为I D= -G3X (Vc_r3-10) 〇
[0018] 本发明的进一步改进在于，所述步骤S4中，在所述第一工作区间rl中，当I 时，负载电流I U)AD= I Pflc;当I I 时，负载电流I U)AD= I 在所述第二工 作区间r2中，负载电流Ikd= I PV-IS;在所述第三工作区间r3中，负载电流I kd= I PV+ID; 其中，所述为蓄电池的充电电流上限，所述I PV为光伏阵列所产生的电流，所述I s为蓄 电池的分流电流，所述ID为蓄电池的放电电流。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过优化的一体化发电拓扑控制电路， 使得本发明不仅具有良好的动态响应速度，而且有利于多个模块级联时的均流控制；在此 基础上，根据负载输出电压确定误差控制信号Vc的三个工作区间，并在两个相邻工作区间 确定死区，进而获取了负载电压较高的可靠性，采取了较宽的电压范围，使得控制过程稳定 可靠；同时，还能够保证储能装置不至于过流和过压。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明一种实施例的电路拓扑图；
[0021] 图2是本发明一种实施例的能量流向示意图；
[0022] 图3是本发明一种实施例的三端口变换器的第一工作模式示意图；
[0023] 图4是本发明一种实施例的三端口变换器的第二工作模式示意图；
[0024] 图5是本发明一种实施例的三端口变换器的第三工作模式示意图；
[0025] 图6是本发明一种实施例的三端口变换器的第四工作模式示意图；
[0026] 图7是本发明另一种实施例的工作流程不意图；
[0027] 图8是本发明另一种实施例中光伏阵列等效为压控电流源的示意图；
[0028] 图9是本发明另一种实施例的误差电压信号％的输出示意图；
[0029] 图10是本发明另一种实施例的误差控制信号Ve的工作区间划分示意图；
[0030] 图11是本发明另一种实施例的双环控制框图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：
[0032] 实施例1 :
[0033] 如图1所不，本例提供一种分布式的一体化发电电路，包括：光伏阵列输入端、场 效应管S1、场效应管S2、场效应管S3、蓄电池、场效应管S4以及变压器T1，所述光伏阵列输 入端的P1端口分别与负载和场效应管S1的源极相连接，所述场效应管S1的漏极与所述变 压器T1的第二线圈L2的一端相连接，所述变压器T1的第二线圈L2的另一端与场效应管 S3的漏极相连接；所述光伏阵列输入端的P2端口分别与场效应管S2的漏极和场效应管S4 的源极相连接，所述场效应管S2的源极与所述变压器T1的第一线圈L1的一端相连接，所 述变压器T1的第一线圈L1的另一端接地；所述场效应管S4的漏极与所述变压器T1的第 三线圈L3的一端相连接，所述变压器T1的第三线圈L3的另一端与所述场效应管S3的漏 极相连接；所述场效应管S3的源极连接至蓄电池的正极，所述蓄电池的负极接地。
[0034] 如图1所示，本例还包括二极管D5、二极管D7、电容C1和二极管D6,所述光伏阵 列输入端的P1端口与二极管D5的阳极相连接，所述二极管D5的阴极分别与负载和场效应 管S1的源极相连接；所述二极管D5的阴极分别与场效应管S2的漏极和二极管D7的阳极 相连接，所述二极管D7的阴极与负载相连接；所述二极管D7的阴极通过电容C1接地；所述 光伏阵列输入端的P2端口与二极管D6的阳极相连接，所述二极管D6的阴极分别与场效应 管S2的漏极和场效应管S4的源极相连接。
[0035] 如图1所示，本例所述场效应管S1、场效应管S2、场效应管S3和场效应管S4均带 有寄生二极管；所述场效应管S1带有寄生二极管D1，所述场效应管S2带有寄生二极管D2， 所述场效应管S3带有寄生二极管D3,所述场效应管S4带有寄生二极管D4。
[0036] 本例的能量流向示意图如图2所示；本例以蓄电池作为功率平衡单元，光伏阵列 的输入功率Ριη和负载的输出功率p _共存在以下四种工作模式。
[0037] 如图3所示，第一工作模式中：ριη>ρ_且蓄电池的端电压小于其额定电压，所述额 定电压为每一个蓄电池的额定参数，不同的蓄电池，额定电压也不一样；此时光伏阵列工作 在最大功率点（MPPT)，光伏阵列位于光照区；在该第一工作模式下，所述一体化发电拓扑 控制电路的拓扑工作在Boost-BCR模式，如图3所示，光伏阵列的输出功率在保证负载功 率需求下，剩余能量给蓄电池充电，但充电电流和电压小于设定值得下限。
[0038] 如图4所示，第二工作模式2中：ριη>ρ_且蓄电池已充满电，光伏阵列退出MPPT状 态，此时光伏阵列位于强光照区；在该第二工作模式下，所述一体化发电拓扑控制电路的拓 扑工作在SR模式，，如图4所示，光伏阵列发出的功率在满足负载功率的条件下，多余能量 通过场效应管S2管分流，以维持功率平衡。
[0039] 如图5所示，第三工作模式中：？1"〈?_且？1">0，光伏阵列虽有能量输出但不足以满 足负载工作在额定状态下，不足功率由蓄电池提供；在该第三工作模式下，所述一体化发电 拓扑控制电路的拓扑工作在Buck-BDR模块，如图5所示，光伏阵列工作在弱光照区，光伏阵 列和蓄电池联合向负载供电。
[0040] 如图6所示，第四工作模式中：当ριη= 0,光伏阵列没有功率输出，负载所需功率 完全由蓄电池提供；所述一体化发电拓扑控制电路的拓扑工作在Buck-BDR模式，如图6所 示，光伏阵列位于阴影区。
[0041] 实施例2:
[0042] 如图7所示，本例还提供一种分布式的一体化发电电路控制方法，采用了如实施 例1所述的分布式的一体化发电电路，并包括以下步骤：
[0043] 步骤S1，根据负载的输出电压，将误差控制信号Ve划分为三个工作区间，分别为第 一工作区间rl、第二工作区间r2和第三工作区间r3 ;
[0044] 步骤S2,在两个相邻的工作区间之间划分确定死区；
[0045] 步骤S3,根据误差控制信号Ve和蓄电池的充电电流I ε，计算出第一工作区间rl和 第三工作区间r3的跨导；
[0046] 步骤S4,计算各个工作区间的负载电流Ikd。
[0047] 本例在所述第一工作区间rl和第二工作区间r2之间划分确定了一个死区，优选 为12V-12. 5V ;在所述第二工作区间r2和第三工作区间r3之间划分确定了另一个死区，优 选为10V-10. 5V。所述死区即为不对工作区间进行变化调整的