一种空间用双向直流斩波电路拓扑的制作方法_3

文档序号:9473671阅读:来源:国知局
第二储能电感L2、第一电力变压器Tl、第二电力变压器T2、第一电子开关K1、第二电子开关K2和第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3组成升压电路。控制系统的采样电路采样第一储能电感LI或第二储能电感L2的电流信号作为内环控制,采样第二电容C2的电压信号作为外环控制,通过控制器调节第一电子开关Kl和第二电子开关K2的轮流导通和关断时间的长短,控制第一电子开关Kl和第二电子开关K2不导通时间的长短,实现线路电压升压,实现能量稳定输出,完成储能电池系统对外部负载的放电。通过控制第一电子开关Kl导通时间、第二电子开关K2导通时间、第一电子开关Kl和第二电子开关K2不导通时间的长短,实现储能电池系统电压不同幅度的升压输出。
[0050]第一电容Cl、第二电容C2、电子开关K3、储能电感LI和L2、电力变压器Tl和T2、和二极管D4或D4和D5组成降压电路,控制系统采样第一电容Cl上电压信号和采样线路电流信号控制计算后,通过控制器调节第三电子开关K3的导通和关断时间的控制实现线路电压降压,通过储能电感LI或L2电流内环和第一电容Cl上电压外环控制实现线路电压稳定输出,完成太阳能电池板对储能电池系统的充电,系统连接示意图如图2所示。
[0051]电子开关K1,K2,K3可以是M0SFET,也可以是IGBT等可控开通和关断的快速半导体器件。
[0052]双向直流斩波电路的升压工作原理过程分析如图3和图4所示。第一电子开关Kl和第二电子开关Κ2在一个开关周期内有两次电子开关的开通和关断。这样就有效增加了一倍PWM开关频率,在不增加开关损耗的情况下增加了变换器的带宽,减小了磁芯元件和滤波器元件尺寸。分析工作时序时,首先假定第一电子开关Kl导通,储能电池系统向储能电感充电,储能电池系统同时向负载放电,能量流向图如图3所示,然后第一电子开关Kl关断,在两个电子开关均不导通的死区时间内,储能电池系统和储能电感共同向负载放电,能量流向图如图4所示,然后第二电子开关Κ2导通,左侧储能电池系统向储能电感充电,储能电池系统单独向负载放电,然后第二电子开关K2关断,在两个电子开关均不导通的死区时间内,电源系统和储能电感共同向负载放电,然后继续第一电子开关Kl导通,循环升压放电工作。Kl和K2的循环导通时序图如图5所示。通过控制第一电子开关Kl导通时间的长短、第二电子开关K2导通时间的长短、第一电子开关Kl和第二电子开关K2不导通时间的长短,实现储能电池系统电压不同幅度的升压输出。
[0053]双向直流斩波电路的降压工作原理过程如图6和图7所示,第三电子开关K3导通时,太阳能电池阵和储能电感共同向储能电池系统充电,能量流向如图6所示,第三电子开关K3关断时,第一储能电感LI通过第四二极管D4续流继续向储能电池系统充电,能量流向图如图7所示,然后第三电子开关K3导通,循环以上过程。通过控制第三电子开关K3的导通和关断时间长短,实现斩波电路不同幅值的降压输出。
[0054]双向直流斩波电路的升压控制过程如图8所示,通过控制电路板采样线路电流信号作为控制电流内环,采样第二电容C2上电压信号作为控制电压外环,通过PI控制或者P控制,实现升压电路稳定电压输出。仿真结果如图9所示,直线为储能储能电池系统的电压,负载侧输出为双环控制斩波电路的输出电压。仿真波形可以看出,通过很短时间的控制后,放电系统负载侧电压稳定运行,实现了储能系统对负载的放电运行,表明提出的拓扑及控制方法有效可行。
[0055]本发明双向直流斩波电路的降压控制过程如图10所示,通过控制电路板采样线路上电流信号作为控制电流内环,采样第一电容Cl上电压信号作为控制电压外环,通过PI控制或者P控制,实现升压电路稳定电压输出。仿真结果如图11所示,图11中上面一条直线为直流母线电压,图11中下面的线为双环控制储能电源侧输出的电压。仿真波形可以看出,通过很短时间的控制后,储能侧电压稳定运行,实现了光伏系统对储能系统的充电运行,表明提出的拓扑及控制方法有效可行。
[0056]实施例2
[0057]图12所示为本发明的实施例2。本发明双向直流斩波电路拓扑由第一电容Cl、第二电容C2、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一变压器Tl、第二变压器T2、第一二极管Dl、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电子开关Kl、第二电子开关K2和第三电子开关K3组成。第一电容Cl的第一引出端子与第一储能电感LI的第一引出端子在第一连接点I连接;第一储能电感LI的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第一变压器Tl的第一引出端子和第二变压器T2的第一引出端子在第二连接点2连接;第二储能电感L2的第二引出端子、第三二极管D3的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子在第三连接点3连接;第三二极管D3的第二引出端子、第三电子开关K3的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第一二极管Dl的第二引出端子和第二电容C2的第一引出端子在第四连接点4连接。第一变压器Tl的第二引出端子、第一二极管Dl的第一引出端子、第一电子开关Kl的第一引出端子在第五连接点5连接,第二变压器T2的第二引出端子、第二二极管D2的第一引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子在第六连接点6连接,第一电容Cl的第二引出端子、第一电子开关Kl的第二引出端子、第二电子开关K2的第二引出端子和第二电容C2的第二引出端子在第七连接点7连接。
[0058]第四二极管D4连接在第二连接点2和第七连接点7之间,第四二极管D4的负极连接至第二连接点2,第四二极管D4的正极连接至第七连接点7。
[0059]实施例3
[0060]图13为本发明的实施例3。本发明双向直流斩波电路拓扑由第一电容Cl、第二电容C2、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一变压器Tl、第二变压器T2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电子开关K1、第二电子开关K2和第三电子开关K3组成。第一电容Cl的第一引出端子与第一储能电感LI的第一引出端子在第一连接点I连接;第一储能电感LI的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第一变压器Tl的第一引出端子和第二变压器T2的第一引出端子在第二连接点2连接;第二储能电感L2的第二引出端子、第三二极管D3的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子、第四二极管D4的第一引出端子在第三连接点3连接;第三二极管D3的第二引出端子、第三电子开关K3的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第一二极管Dl的第二引出端子和第二电容C2的第一引出端子在第四连接点4连接。第一变压器Tl的第二引出端子、第一二极管Dl的第一引出端子、第一电子开关Kl的第一引出端子在第五连接点5连接,第二变压器T2的第二引出端子、第二二极管D2的第一引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子在第六连接点6连接,第一电容Cl的第二引出端子、第一电子开关Kl的第二引出端子、第二电子开关K2的第二引出端子和第二电容C2的第二引出端子在第七连接点7连接。
[0061]第四二极管D4连接在第五连接点5和第七连接点7之间,第四二极管D4的负极连接至第五连接点5,第四二极管D4的正极连接至第七连接点7。
[0062]实施例4
[0063]图14为本发明的实施例4,本发明双向直流斩波电路拓扑由第一电容Cl、第二电容C2、第一储能电感L1、第二储能电感L2、第一变压器Tl、第二变压器T2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、、第四二极管D4、第一电子开关Kl、第二电子开关K2和第三电子开关K3组成。第一电容Cl的第一引出端子与第一储能电感LI的第一引出端子在第一连接点I连接;第一储能电感LI的第二引出端子、第二储能电感L2的第一引出端子、第一变压器Tl的第一引出端子和第二变压器T2的第一引出端子在第二连接点2连接;第二储能电感L2的第二引出端子、第三二极管D3的第一引出端子、第三电子开关K3的第一引出端子在第三连接点3连接;第三二极管D3的第二引出端子、第三电子开关K3的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第一二极管Dl的第二引出端子和第二电容C2的第一引出端子在第四连接点4连接。第一变压器Tl的第二引出端子、第一二极管Dl的第一引出端子、第一电子开关Kl的第一引出端子在第五连接点5连接,第二变压器T2的第二引出端子、第二二极管D2的第一引出端子、第二电子开关K2的第一引出端子在第六连接点6连接,第一电容Cl的第二引出端子、第一电子开关Kl的第二引出端子、第二电子开关K2的第二引出端子和第二电容C2的第二引出端子在第七连接点7连接。
[0064]第四二极管D4连接在第六连接点6和第七连接点7之间,第四二极管D4的负极连接至第六连接点6,第四二极管D4的正极连接至第七连接点7。
[0065]实施例5
[0066]图15为本发明的实施例5,本发明双向直流斩波电路拓扑由第一电容Cl、第二电容C2、第一储能电感L1、第二储能电感L2、
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