光伏充电系统及用于光伏充电系统的充电控制方法技术方案

本发明专利技术的实施例提供了一种光伏充电系统及用于光伏充电系统的充电控制方法。该光伏充电系统包括：一个或多个光伏电池组件；一个或多个高频逆变器，其与一个或多个光伏电池组件一一对应连接，并且一个或多个高频逆变器中的每一个具有第一输出端和第二输出端，所有高频逆变器的第一输出端连接在一起组成高频交流母线的第一端，所有高频逆变器的第二输出端连接在一起组成高频交流母线的第二端；以及多端口变换器，包括分别与高频交流母线和直流母线连接的两个端口以及用于与蓄电池连接的一端口，多端口变换器用于实现高频交流母线、直流母线与蓄电池之间的能量变换。上述光伏充电系统的能量变换效率较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能发电
，更具体地涉及一种光伏充电系统及用于光伏充电系统的充电控制方法。
技术介绍
随着能源危机和节能减排的驱使，大力发展电动汽车成为缓解能源危机和环境污染的有效途径。汽车燃油是石油消耗的主体。汽车尾气占世界总二氧化碳排放量的10％～15％。电动汽车可以减小二氧化碳的排放量，改善大气环境。以光伏电池作为能源输入的电动汽车充放电站也将具有更大的优势。推动光伏供电的电动汽车充放电站的建设，不仅发展了电动汽车行业，也推动了光伏产业及新能源的发展，同时对于节能减排，改善环境具有双重的推动作用。现有的光伏电动汽车充电站仍以交流母线或直流母线进行光伏电池、电动汽车蓄电池和电网之间的能量变换。现有的能量变换需要通过多级电力电子变换器实现，即需要多级直流-直流变换器、直流-交流变换器、交流-直流变换器等，这使得能量变换的效率很低。2013年在IEEE Transactions on Power Electronics【电力电子期刊】发表了“Unified Active Filter and Energy Storage System for an MW Electric Vehicle Charging Station”一文，文中提到了采用直流母线作为媒介交换新能源和电动汽车蓄电池之间的能量。2013年在IEEE Transactions on Power Electronics【电力电子期刊】发表了“Technical Considerations on Power Conversion for Electric and Plug-in Hybrid Electric Vehicle Battery Charging in Photovoltaic Installations”一文，文中提出了对多台集成了新能源的电动汽车充电机组成开关矩阵网，优化相邻充电机之间能量的传递路径。总体来说，现有研究仍以多级电力电子变换为主，变换效率低。因此，需要提供一种高效的光伏充电系统，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
技术实现思路
考虑到上述问题而提出了本专利技术。根据本专利技术一方面，提供了一种光伏充电系统。该光伏充电系统包括：一个或多个光伏电池组件；一个或多个高频逆变器，其与一个或多个光伏电池组件一一对应连接，并且一个或多个高频逆变器中的每一个具有第一输出端和第二输出端，所有高频逆变器的第一输出端连接在一起组成高频交流母线的第一端，所有高频逆变器的第二输出端连接在一起组成高频交流母线的第二端；以及多端口变换器，包括分别与高频交流母线和直流母线连接的两个端口以及用于与蓄电池连接的一端口，多端口变换器用于实现高频交流母线、直流母线与蓄电池之间的能量变换。根据本专利技术另一方面，提供了一种用于上述光伏充电系统的充电控制方法，包括：对于一个多个光伏电池组件中的每一个，采集该光伏电池组件的输出电流和输出电压，对该光伏电池组件进行最大功率跟踪，并输出电压给定值；对于一个多个光伏电池组件中的每一个，将电压给定值与该光伏电池组件的输出电压进行比较，并输出光伏电池比较结果；对于一个多个光伏电池组件中的每一个，根据光伏电池比较结果控制与该光伏电池组件相对应的高频逆变器中的开关管的驱动信号相对于多端口变换器中的开关管的驱动信号的移相角；将多端口变换器输入蓄电池的输入电流与蓄电池的充电电流曲线进行比较，并输出蓄电池比较结果；以及根据蓄电池比较结果利用脉宽调制方式控制多端口变换器中的开关管的驱动信号。根据本专利技术实施例的光伏充电系统能够实现光伏电池到蓄电池、直流母线到蓄电池以及光伏电池到直流母线的单级功率变换，其能量变换效率较高。在
技术实现思路
中引入了一系列简化的概念，这些概念将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。以下结合附图，详细说明本专利技术的优点和特征。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施方式及其描述，用来解释本专利技术的原理。在附图中，图1示出根据本专利技术一个实施例的光伏充电系统的示意性框图；图2示出根据本专利技术一个具体实施例的光伏充电系统的示意性电路图；图3a示出根据本专利技术第一个示例的多端口变换器的示意性电路图；图3b示出根据本专利技术第二个示例的多端口变换器的示意性电路图；图3c示出根据本专利技术第三个示例的多端口变换器的示意性电路图；图3d示出根据本专利技术第四个示例的多端口变换器的示意性电路图。图4示出根据本专利技术一个实施例的光伏充电系统的各开关管的驱动信号的示意性波形图；图5示出根据本专利技术一个实施例的光伏充电系统的充电控制策略的示意图；以及图6示出根据本专利技术一个实施例的充电控制方法的示意性流程图。具体实施方式在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本专利技术。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本专利技术的较佳实施例，本专利技术可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。根据本专利技术一方面，提供一种光伏充电系统。图1示出根据本专利技术一个实施例的光伏充电系统100的示意性框图。如图1所示，光伏充电系统100包括一个或多个光伏电池组件110(用1101、1102……110n表示)、一个或多个高频逆变器120(用1201、1202……120n表示)和多端口变换器130。一个或多个高频逆变器1201、1202……120n与一个或多个光伏电池组件1101、1102……110n一一对应连接，并且一个或多个高频逆变器1201、1202……120n中的每一个具有第一输出端和第二输出端，所有高频逆变器的第一输出端连接在一起组成高频交流母线的第一端，所有高频逆变器的第二输出端连接在一起组成高频交流母线的第二端。高频逆变器1201、1202……120n可以是全桥逆变器，其可以将光伏电池组件输出的直流电转换成高频交流电。每个光伏电池组件与一个高频逆变器相连。每个高频逆变器具有两个输出端，可以将对应的光伏电池组件产生的能量以交流形式输出。可以将所有高频逆变器1201、1202……120n的输出端连接在一起，使得所有高频逆变器输出的交流电能够汇集起来，然后可以将汇集起来的交流电输入多端口变换器130。所有高频逆变器1201、1202……120n的输出端连接
在一起即可以形成本文所述的高频交流母线。多端口变换器130包括分别与高频交流母线和直流母线连接的两个端口以及用于与蓄电池连接的一端口，多端口变换器130用于实现高频交流母线、直流母线与蓄电池之间的能量变换。如图1所示，多端口变换器130可以包括三个端口，分别用于连接高频交流母线、直流母线和蓄电池。直流母线可以是接入电网的交流-直流整流器的输出线路。电网可以通过交流-直流整流器的输出直流母线为蓄电池充电。另外，也可以将高频交流母线输出的电力通过直流母线接入的交流直流整流器输入到电网。蓄电池可以是电动汽车的蓄电池。在一个示例中，光伏充电系统100可以布置在电动汽车充电站，当电动汽车需要充电时，其将蓄电池接入多端口转换器130的用于与蓄电池连接的端口，随后可以利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏充电系统，包括：一个或多个光伏电池组件；一个或多个高频逆变器，其与所述一个或多个光伏电池组件一一对应连接，并且所述一个或多个高频逆变器中的每一个具有第一输出端和第二输出端，所有高频逆变器的第一输出端连接在一起组成高频交流母线的第一端，所述所有高频逆变器的第二输出端连接在一起组成所述高频交流母线的第二端；以及多端口变换器，包括分别与所述高频交流母线和直流母线连接的两个端口以及用于与蓄电池连接的一端口，所述多端口变换器用于实现所述高频交流母线、所述直流母线与所述蓄电池之间的能量变换。

【技术特征摘要】
1.一种光伏充电系统，包括：一个或多个光伏电池组件；一个或多个高频逆变器，其与所述一个或多个光伏电池组件一一对应连接，并且所述一个或多个高频逆变器中的每一个具有第一输出端和第二输出端，所有高频逆变器的第一输出端连接在一起组成高频交流母线的第一端，所述所有高频逆变器的第二输出端连接在一起组成所述高频交流母线的第二端；以及多端口变换器，包括分别与所述高频交流母线和直流母线连接的两个端口以及用于与蓄电池连接的一端口，所述多端口变换器用于实现所述高频交流母线、所述直流母线与所述蓄电池之间的能量变换。2.如权利要求1所述的光伏充电系统，其特征在于，所述一个或多个高频逆变器中的每一个包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和输出电感，其中，所述第一开关管的漏极连接与其所属高频逆变器对应的光伏电池组件的正极，所述第一开关管的源极连接所述第二开关管的漏极，所述第二开关管的源极连接与其所属高频逆变器对应的光伏电池组件的负极，所述第三开关管的漏极连接与其所属高频逆变器对应的光伏电池组件的正极，所述第三开关管的源极连接所述第四开关管的漏极，所述第四开关管的源极连接与其所属高频逆变器对应的光伏电池组件的负极，所述输出电感的一端连接所述第一开关管的源极，所述输出电感的另一端作为其所属高频逆变器的第一输出端用于组成所述高频交流母线的第一端，所述第三开关管的源极作为其所属高频逆变器的第二输出端用于组成所述高频交流母线的第二端。3.如权利要求1或2所述的光伏充电系统，其特征在于，所述多端口变换器包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一变压器、第二变压器、第一滤波电感、第二滤波电感和滤波电容，其中，所述第五开关管的漏极连接所述直流母线的正极，所述第五开关管的源极连接所述第六开关管的漏极，所述第六开关管的源极连接所述第七开关管的漏极，所述第七开关管的源极连接所述第八开关管的漏极，所述第八开关管的源极连接所述直流母线的负极，所述第一电容的一端连接所述第五开关管的漏极，所述第一电容的另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述第六开关管的源极，所述第三电容的一端连接所述第六开关管的源极，所述第三电容的另一端连接所述第四电容的一端，所述第四电容的另一端连接所述第八开关管的源极，所述第一变压器的第一绕组的第一端连接所述第一电容和所述第二电容相连接的端点，所述第一变压器的第一绕组的第二端连接所述第五开关管的源极，所述第二变压器的第一绕组的第一端连接所述第三电容和所述第四电容相连接的端点，所述第二变压器的第一绕组的第二端连接所述第七开关管的源极，所述第一变压器的第二绕组的、与所述第一变压器的第一绕组的第二端相对应的同名端连接所述高频交流母线的第一端，所述第二变压器的第二绕组的、与所述第二变压器的第一绕组的第二端相对应的同名端连接所述第一变压器的第二绕组的、与所述第一变压器的第一绕组的第一端相对应的同名端，所述第二变压器的第二绕组的、与所述第二变压器的第一绕组的第一端相对应的同名端连接所述高频交流母线的第二端，所述第一滤波电感的一端连接所述第五开关管的源极，所述第一滤波电感的另一端用于连接所述蓄电池的正极，所述第二滤波电感的一端连接所述第七开关管的源极，所述第二滤波电感的另一端用于连接所述蓄电池的负极，所述滤波电容的一端连接所述第一滤波电感的、用于连接所述蓄电池的正极的一端，所述滤波电容的另一端连接所述第二滤波电感的、用于连接所述蓄电池的负极的一端。4.如权利要求1或2所述的光伏充电系统，其特征在于，所述多端口变换器包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、变压器、第一滤波电感、第二滤波电感和滤波电容，所述第五开关管的漏极连接所述直流母线的正极，所述第五开关管的源极连接所述第六开关管的漏极，所述第六开关管的源极连接所述直流母线的负极，所述第八开关管的漏极连接所述直流母线的正极，所述第八开关管的源极连接所述第七开关管的漏极，所述第七开关管的源极连接所述直流母线的负极，所述变压器的第一绕组的第一端连接所述第五开关管的源极，所述变压器的第一绕组的第二端连接所述第八开关管的源极，所述变压器的第二绕组的、与所述变压器的第一绕组的第一端相对应的同名端连接所述高频交流母线的第一端，所述变压器的第二绕组的、与所述变压器的第一绕组的第二端相对应的同名端连接所述高频交流母线的第二端，所述第一滤波电感的一端连接所述第五开关管的源极，所述第一滤波电感的另一端用于连接所述蓄电池的正极，所述第二滤波电感的一端连接所述第八开关管的源极，所述第二滤波电感的另一端用于连接所述蓄电池的正极，所述滤波电容的一端连接所述第一滤波电感的、用于连接所述蓄电池的正极的一端以及所述第二滤波电感的、用于连接所述蓄电池的正极的一端，所述滤波电容的另一端连接所述直流母线的负极并且用于连接所述蓄电池的负极。5.如权利要求1或2所述的光伏充电系统，其特征在于，所述多端口变换器包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第四变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、滤波电感和滤波电容，所述第五开关管的漏极连接所述直流母线的正极，所述第五开关管的源极连接所述第六开关管的漏极，所述第六开关管的源极连接所述第七开关管的漏极，所述第七开关管的源极连接所述第八开关管的漏极，所述第八开关管的源极连接所述直流母线的负极，所述第一电容的一端连接所述第五开关管的漏极，所述第一电容的另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述第六开关管的源极，所述第三电容的一端连接所述第六开关管的源极，所述第三电容的另一端连接所述第四电容的一端，所述第四电容的另一端连接所述第八开关管的源极，所述第一变压器的第一绕组的第一端连接所述第一电容和所述第二电容相连接的端点，所述第一变压器的第一绕组的第二端连接所述第五开关管的源极，所述第二变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志强，孙凯，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11