基于自适应调压充电技术的能源转换系统的制作方法

本发明属于自适应调压，具体涉及基于自适应调压充电技术的能源转换系统。

背景技术：

1、随着可再生能源（如太阳能和风能）的使用增加，以及电动车和智能电网技术的发展，对更灵活、高效的能源转换系统的需求日益增长。

2、传统的能源转换系统，如变压器和整流器，通常具有固定的输出电压和电流。这些系统在处理不同负载或电源条件时效率不高，因为它们不能根据负载需求调整输出。

3、早期的自适应调压技术尝试通过简单的控制算法调整输出，但这些系统通常反应慢，调整范围有限，无法满足多变的现代电力需求。

4、基于此，本发明提供了基于自适应调压充电技术的能源转换系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于自适应调压充电技术的能源转换系统，用于解决现有技术中难以调压，调压效率低的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、基于自适应调压充电技术的能源转换系统，其特征在于，包括电能监测模块、双向逆变模块、自适应调压模块、协同保护模块和电能存储模块；

4、电能监测模块监测能源转换系统的输入电能参数，包括输入电压、电流和频率，并将输入电能参数发送给自适应调压模块；电能监测模块实时分析电能质量，监测输入电压、电流和频率的变化或异常；如果监测到输入电压、电流和频率持续性变化，产生输入变化报警信号，并将输入变化报警信号发送至自适应调压模块；如果监测到输入电压、电流和频率突发性异常，产生输入异常报警信号，并将输入异常报警信号发送至协同保护模块；

5、双向逆变模块根据系统需求并接收自适应调压模块的转换模式调整信号，选择适当的转换模式，包括ac-dc转换和dc-ac转换；在ac-dc转换模式下，将来自外部输入的交流电转换为直流电，存储于电能存储模块，供外部负载使用直流电；在dc-ac转换模式下，将来自电能存储模块的直流电转换为交流电，供外部负载使用交流电；双向逆变模块在接受自协同保护模块的系统保护激活信号时，执行紧急响应程序；

6、自适应调压模块接收电能监测模块的输入电能参数，并对输入电能参数进行分析，根据输入电能参数分析结果自动调整输出电能参数；自适应调压模块接收到自电能监测模块的输入变化报警信号时，说明输入电压、电流和频率发生持续性的变化，产生转换模式调整信号，并携带输出电能参数，发送至双向逆变模块；

7、电能存储模块接收双向逆变模块的直流电，并将其存储，持续监测自身存储电能的状态，生成储能状态信号，并将储能状态信号发送至自动调压模块；

8、协同保护模块在接收到电能监测模块的输入异常信号时，产生系统保护激活信号，并发送给双向逆变模块。

9、优选地，电能监测模块实时分析电能质量的具体步骤包括：

10、实时监测能源转换系统的输入电压、电流和频率，对于输入电压和电流，绘制采样波形图，并根据公式rms=计算每个采样周期内电压和电流的均方根值；其中t表示采样周期，t表示在每个采样周期内的采样频率，即采样时间点，x(t)表示每个采样时间点的电压或电流值；在正常的输入状态下每个采样周期内的电压和电流均方根值无较大差异，设置显著差异阈值，若电压电流偏差超过显著差异阈值，则判断输入电压、电流产生突发性异常；其中，在不同国家、地区的电网中，频率均为稳定值，在监测输入频率的过程中，不计算输入频率的均方根值，在输入频率存在改变时，即判断频率产生突发性异常；

11、另一方面，对输入电压、电流进行快速傅里叶变换，将时域的输入电压、电流值转换到频域，得到不同频率成分的幅值和相位信息；然后以采样到的频率作为基频，分理出该频率下的基波，和多个高阶谐波，记录每个谐波的幅值，使用公式计算出总谐波失真度，其中，v1表示基波幅值，vn表示第n次谐波的谐波幅值；当总谐波失真度达到5%时，表示存在谐波污染，判断输入电压、电流和频率产生突发性异常；

12、通过对输入电压、电流和频率进行时域上的分析，计算输入电能波形的均方根值，了解输入电能的稳定性，根据偏差判断各项指标是否存在突发性异常；在频域上，对输入电压、电流进行傅里叶变换，识别量化输入电能的谐波成分，根据总谐波失真度判断各项指标是否存在突发性异常；

13、如果在电能监测模块工作过程中由任意一种原因判断输入电能参数存在突发性异常，产生输入异常报警信号，并将输入异常报警信号发送至协同保护模块；在之后阶段的监测中，若输入电能稳定，并发生改变，即输入电压、电流和频率不同于之前的采样，产生输入变化报警信号，并将输入变化报警信号发送至自适应调压模块。

14、优选地，双向逆变模块在接收协同保护模块的系统保护激活信号时，执行紧急响应程序的步骤包括：立即断开对外部负载的电力供应，在dc-ac转换模式下，停止向外部负载供电；并对电能存储模块进行保护，在ac-dc转换模式下，停止向电能存储模块的充电过程，以保护电池免受过充或过放电的影响；并记录故障发生时的关键数据，包括电压、电流和频率。

15、优选地，双向逆变模块根据输出电能参数输出不同电压和频率的具体方法步骤包括：

16、首先，通过pwm逆变器转换不同电压的具体步骤包括，确定所需电压，明确所需输出电压，输出电压大小决定pwm信号的占空比；生成pwm信号，使用微控制器生成pwm信号，pwm信号是一种方波信号，其占空比，即开关导通时间与总周期的比例，决定了输出电压的大小；调整占空比，为了得到所需的输出电压，调整pwm信号的占空比，增加占空比会增加输出电压的平均值，减少占空比则会降低它；功率阶段，pwm信号控制逆变器的功率开关，这些开关在高频率下快速开启和关闭，根据pwm信号的占空比调制输出电压；滤波，输出是脉冲信号，通过低通滤波器，包括电感和电容来平滑输出，以产生正弦波；反馈和调节，输出电压被连续监测，并与输入电压进行比较，微控制器调整pwm信号的占空比以维持所需的输出电压；

17、其次，通过pwm逆变器转换不同频率的具体步骤包括，确定所需频率，明确所需输出频率，设置为与输入频率相同；调整pwm信号频率，使用微控制器生成的pwm信号的频率决定了逆变器输出的频率，改变pwm信号的频率可以改变逆变器输出的频率；控制开关操作，通过改变开关元件的开关频率，控制输出电流的频率；频率同步，当逆变器需要与电网同步时，逆变器的输出频率需要精确控制以匹配电网频率；通过反馈机制监控输出频率，并根据输入频率进行微调。

18、优选地，自适应调压模块的具体工作步骤包括：

19、自适应调压模块接收电能监测模块的输入电能参数，得到输入电压、电流和频率信息，在不同的国家中，电压和频率有着不同的要求，因此根据输入的电压频率，在连接外部负载时，通过电能存储模块向双向逆变模块放电，通过双向逆变模块将不同的放电电压经过dc-ac转换；并在接收到自电能监测模块的输入变化报警信号时，产生转换模式调整信号，携带输出电能参数，发送至双向逆变模块；

20、另一方面，自适应调压模块以双向逆变模块两种工作模式，对充放电电压控制进行扩展，采用充放电电压控制方法制定外部负载不同工作状态下的充放电电压控制策略，改变充放电模式，使得双向逆变模块在ac-dc进行充电、dc-ac进行放电时选择最优的电压；

21、其中，充放电电压指充电电压和放电电压，充电电压指双向逆变模块经过ac-dc后，将直流电输入到电能存储模块时的电压；放电电压指电能存储模块将直流电输入给双向逆变模块时的电压；而输出给负载的电压是经过dc-ac转换的输出电压；

22、其中，充放电模式包括正常充电模式、快速充电模式、主动停载模式、浮动充电模式和关闭模式。

23、进一步地，充放电电压控制方法具体步骤包括：

24、当外部负载启动时，为了不增加能量转换负载，双向逆变模块对电能存储模块的充电行为处于停止状态，即充放电模式处于关闭模式；

25、当无外部负载或外部负载停止时，充放电模式处于关闭模式；

26、当外部负载处于由运行到停止的过程中时，即外部负载处于制动状态时，外部负载功率逐渐减小，先根据储能状态信号判断电能存储模块的电能存储状态，当电能存储未满，充放电模式处于主动停载模式，提高电能存储模块通过双向逆变模块放电的电压，同时提高双向逆变模块的充电电压，增大制动功率，缩短停载时间；当电能存储已满，充放电模式处于浮动充电模式，降低双向逆变模块的充电电压，维持放电电压；

27、当外部负载功率增大时，判断电能存储状态，在电能存储满时，关闭双向逆变模块对电能存储模块的充电，维持放电电压；

28、当外部负载功率稳定时，判断电能存储状态，在电能存储容量在50%以上时，充放电模式设置为关闭模式；当电能存储容量在20%以下时，充放电模式设置为快速充电模式；当电能存储容量在20%~50%时，充放电模式设置为正常充电模式。

29、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

30、1、本发明基于自适应调压充电技术的能源转换系统，通过实时监控和分析输入电能的参数，识别和响应电网的变化或异常，提高系统的电能质量和稳定性；双向逆变模块能够根据不同的需求和情况，灵活地在ac-dc和dc-ac转换之间切换，满足多样化的能源应用需求。

31、2、本发明基于自适应调压充电技术的能源转换系统，通过自适应调压模块输入电能的实时参数自动调整输出电能参数，满足输出电能满足外部负载或电能存储模块的需求，电能存储模块的监测和管理满足电能以高效率存储和使用，同时保护存储设备不被过充或过放电。

32、3、本发明基于自适应调压充电技术的能源转换系统，通过协同保护模块在检测到输入电能的异常时能够迅速反应，激活保护机制，保护系统免受潜在损害；在外部负载的不同工作状态下，充放电电压控制策略帮助减少能量转换过程中的损耗，提高能源使用效率；系统能够根据不同国家和地区的电网标准自适应调整，提供适用性和高效的能源转换。