一种应用于稳定微网储能系统输出的电路结构技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于稳定微网储能系统输出的电路结构。所述电路包括一个电感L、一个电容C、一个电阻R、一个光伏板PV、一个超级电容器(UUC、RUC)、一个蓄电池(Ub、Rb)、四个二极管(D1、D2、D3、D4)，四个开关管(M1、M2、M3、M4)。将本发明专利技术电路串联工作在微电网中，当储能电池在充电状态时，开关管M2和M3截止，开关管M1和M4导通，光伏发电系统和电网给储能系统充电。当储能电池在放电状态时，开关管M2和M3导通，开关管M1和M4截止，储能系统给负载放电。与以往微电网储能系统相比，本发明专利技术响应速度快，不仅能稳定因环境改变带来的光伏电池输出波动，更能平抑因负载变化而引起的母线功率突变。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于稳定微网储能系统输出的电路结构
本专利技术属于微电网储能
，具体涉及一种H桥DC-DC变换器结构。
技术介绍
光伏发电受环境影响严重，在阴天和夜晚发电量低，不能持续给负载供电。此外，当微电网中负载功率突变较大时，仅使用超级电容器的瞬时作用不能快速有效的稳定母线电压和电流。因此，为了防止上述问题导致的直流母线电流迅速下降，保证系统的输出功率稳定，需要采措施快速、有效的减弱或抑制功率波动。现行传统方法是采用超级电容器和蓄电池并联来抑制电流波动，但超级电容器受其容量大小和反应时间限制，不能完全满足负载大幅度波动的稳定电流需求。目前，电力电子技术中DC-DC变换器的应用越来越广泛，在系统中加入合适的变换器，能利用变换器电路中电感、电容以及开关管的缓冲作用，有效的稳定电压电流的输出。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于针对微电网功率突变时快速恢复母线电流的需求，从而提出一种应用于稳定微网储能系统输出的电路结构，与以往的微网储能结构相比，本专利技术响应速度快，不仅能稳定因环境改变带来的光伏电池输出波动，更能平抑因负载变化而引起的母线功率突变。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种应用于稳定微网储能系统输出的电路结构，包括一个电感L、一个电容C、一个电阻R、一个光伏板PV、一个超级电容器包括UUC和RUC、一个蓄电池包括Ub和Rb、四个二极管D1、D2、D3、D4，四个开关管M1、M2、M3、M4，其特征在于：(1)光伏板PV与超级电容器UUC和RUC并联连接；(2)光伏板PV与蓄电池Ub和Rb并联连接；(3)光伏板PV与开关管M1和开关管M2并联连接；(4)开关管M1与二极管D1并联连接；开关管M2与二极管D2并联连接；开关管M3与二极管D3并联连接；开关管M4与二极管D4并联连接；(5)电容C与电阻R并联连接；(6)开关管M1和开关管M2之间和电感L呈星形连接；且电感L的另一端与电容C正极连接；(7)电容C正极与电感L连接，负极与开关管M3和开关管M4呈星形连接。进一步地，电路与直流母线并联。进一步地，当储能电池在充电状态时，母线电压大于蓄电池和超级电容器两段电压，故开关管M2和M3截止，开关管M1和M4导通，光伏发电系统和电网给储能系统充电，其开关管M1控制参数满足：上式中，IHESS是混合储能系统中储存的电流量；ka、kb是基于储能电池电流的过度周期可调参数。进一步地，当储能电池在放电状态时，母线电压小于蓄电池和超级电容器两段电压，故开关管M2和M3导通，开关管M1和M4截止，储能系统给负载放电，其开关管M3控制参数满足：上式中，IHESS是混合储能系统中储存的电流量；ka、kb是基于储能电池电流的过度周期可调参数。进一步地，当储能电池在待机状态时，母线电压处于充电电压和放电电压之间，此时不需要超级电容器和蓄电池组成的混合储能系统给负载供电，为了保持电流循环，此时有两种工作情况：(1)M1导通，M4关断，M1和M3的续流二极管组成回路，此状态在M4下一个导通周期前；(2)M3导通，M2关断，M3和M1的续流二极管组成回路，此状态在M2下一个导通周期前。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术电路在光伏电池输出电压不稳定时，能够通过储能电池以及变换器的开关管的导通何关断来调整母线电压，不影响负载的正常供电；(2)当负载突变时，本专利技术能够通过控制变换器中相应的开关管的导通和关断，迅速稳定母线电流，以平抑母线功率波动。附图说明图1为本专利技术电路拓扑结构示意图。图2为本专利技术电路在给储能电池充电时的等效电路图。图3为本专利技术电路储能电池在给负载供电时的等效电路图。图4为本专利技术电路在待机时的等效电路图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1为本专利技术电路拓扑结构示意图，主要包括一个电感L、一个电容C、一个电阻R、一个光伏板PV、一个超级电容器(UUC、RUC)、一个蓄电池(Ub、Rb)、四个二极管(D1、D2、D3、D4)，四个开关管(M1、M2、M3、M4)，各原件的连接关系图如图1所示。其中：(1)光伏板PV与超级电容器UUC和RUC并联连接；(2)光伏板PV与蓄电池Ub和Rb并联连接；(3)光伏板PV与开关管M1和开关管M2并联连接；(4)开关管M1与二极管D1并联连接；开关管M2与二极管D2并联连接；开关管M3与二极管D3并联连接；开关管M4与二极管D4并联连接；(5)电容C与电阻R并联连接；(6)开关管M1和开关管M2之间和电感L呈星形连接；且电感L的另一端与电容C正极连接；(7)电容C正极与电感L连接，负极与开关管M3和开关管M4呈星形连接。所述电路与直流母线并联。当储能电池在充电状态时，母线电压大于蓄电池和超级电容器两段电压，故开关管M2和M3截止，开关管M1和M4导通，光伏发电系统和电网给储能系统充电。其开关管M1控制参数满足：上式中，IHESS是混合储能系统中储存的电流量；ka、kb是基于储能电池电流的过度周期可调参数。当储能电池在放电状态时，母线电压小于蓄电池和超级电容器两段电压，故开关管M2和M3导通，开关管M1和M4截止，储能系统给负载放电。其开关管M3控制参数满足：上式中，IHESS是混合储能系统中储存的电流量；ka、kb是基于储能电池电流的过度周期可调参数。当储能电池在待机状态时，母线电压处于充电电压和放电电压之间，此时不需要超级电容器和蓄电池组成的混合储能系统给负载供电，为了保持电流循环，此时有两种工作情况：(1)M1导通，M4关断，M1和M3的续流二极管组成回路。此状态在M4下一个导通周期前；(2)M3导通，M2关断，M3和M1的续流二极管组成回路。此状态在M2下一个导通周期前。图2为本专利技术电路在给储能电池充电时的等效电路图。此时图1中的开关管M2和M3截止，开关管M1和M4导通，本专利技术可等效为图2所示结构。图3为本专利技术电路储能电池在给负载供电时的等效电路图。此时图1中的开关管M1和M4截止，开关管M2和M3导通，本专利技术可等效为图3所示结构。图4为本专利技术电路在待机时的等效电路图。此时有两种工作情况：(1)图1中的M1导通，M4关断，M1和M3的续流二极管组成回路。此状态在M4下一个导通周期前；(2)图1中的M3导通，M2关断，M3和M1的续流二极管组成回路。此状态在M2下一个导通周期前。本专利技术可等效为图4(a)(b)所示结构。应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本专利技术专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下，在不脱离本专利技术权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本专利技术的保护范围之内，本专利技术的请求保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于稳定微网储能系统输出的电路结构，包括一个电感L、一个电容C、一个电阻R、一个光伏板PV、一个超级电容器包括UUC和RUC、一个蓄电池包括Ub和Rb、四个二极管D1、D2、D3、D4，四个开关管M1、M2、M3、M4，其特征在于：(1)光伏板PV与超级电容器UUC和RUC并联连接；(2)光伏板PV与蓄电池Ub和Rb并联连接；(3)光伏板PV与开关管M1和开关管M2并联连接；(4)开关管M1与二极管D1并联连接；开关管M2与二极管D2并联连接；开关管M3与二极管D3并联连接；开关管M4与二极管D4并联连接；(5)电容C与电阻R并联连接；(6)开关管M1和开关管M2之间和电感L呈星形连接；且电感L的另一端与电容C正极连接；(7)电容C正极与电感L连接，负极与开关管M3和开关管M4呈星形连接。

【技术特征摘要】
1.一种应用于稳定微网储能系统输出的电路结构，包括一个电感L、一个电容C、一个电阻R、一个光伏板PV、一个超级电容器包括UUC和RUC、一个蓄电池包括Ub和Rb、四个二极管D1、D2、D3、D4，四个开关管M1、M2、M3、M4，其特征在于：(1)光伏板PV与超级电容器UUC和RUC并联连接；(2)光伏板PV与蓄电池Ub和Rb并联连接；(3)光伏板PV与开关管M1和开关管M2并联连接；(4)开关管M1与二极管D1并联连接；开关管M2与二极管D2并联连接；开关管M3与二极管D3并联连接；开关管M4与二极管D4并联连接；(5)电容C与电阻R并联连接；(6)开关管M1和开关管M2之间和电感L呈星形连接；且电感L的另一端与电容C正极连接；(7)电容C正极与电感L连接，负极与开关管M3和开关管M4呈星形连接。2.如权利要求1所述的应用于稳定微网储能系统输出的电路结构，其特征在于：电路与直流母线并联。3.如权利要求1所述的应用于稳定微网储能系统输出的电路结构，其特征在于：当储能电池在充电状态时，母线电压大于蓄电池和超级电容器两段电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐元中，肖菀莹，吴铁洲，熊金龙，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42