一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器，所述三端口Boost集成式变换器中只含有一个开关管，电感L1工作在DCM模式，电感L2工作在CCM模式。通过采用PWM+PFM混合调制策略，同时调节占空比D和开关频率fs，对光伏阵列端电压采用PFM闭环控制，而对负载端电压采用PWM闭环控制，进而分别控制系统的光伏阵列端电压和负载端电压。与由Boost光伏接口PWM变换器和Boost储能接口PWM变换器级联而成的传统光伏储能系统主电路相比，所提三端口Boost集成式变换器减少了一个开关管及其驱动模块，提高了系统的集成度及效率，并降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器及控制方法
本专利技术涉及电力电子
，具体为一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器及控制方法。
技术介绍
随着能源危机与环境污染的日益加剧，光伏发电技术受到各国政府和企业的广泛关注。由于太阳能具有波动性和随机性，光伏发电系统需要配备蓄电池来储存和调节电能，保证向负载(如直流变换器、逆变器、直流微网等)连续稳定供电。因此，光伏储能发电系统具有光伏、蓄电池和负载三个端口，且通常采用光伏接口和储能接口两个变换器，分别实现光伏阵列的最大功率点跟踪控制和蓄电池的充放电控制。现有的光伏储能系统能够有效地实现能量管理与控制，但存在结构复杂，元器件数量多，体积重量大，整体效率低，成本高等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器，将由Boost光伏接口PWM变换器和Boost储能接口PWM变换器级联而成的传统光伏储能系统主电路，通过复用功率开关管集成在一起，并采用PWM+PFM的混合调制策略，得到所提新型三端口Boost集成式变换器。所提三端口Boost集成式变换器可以实现三个端口间功率流的灵活控制，与原光伏储能系统主电路相比，该集成式变换器减少了一个开关管及其驱动模块，提高了系统的集成度及效率，并降低了成本，对于中小功率光伏发电应用场合有着重要意义。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器，，所述光伏储能系统是由控制电路、驱动模块以及主电路组成，所述主电路是由三端口Boost集成式变换器构成，三端口Boost集成式变换器中具有三个端口，所述三个端口分别为光伏端口、蓄电池端口以及负载端口，三端口Boost集成式变换器中只设有一个开关管，所述开关管S设有三个引脚，三端口Boost集成式变换器是由开关管S、电感L1、电感L2、电容C1、电容C2、电容C3、开关管S、二极管D1、二极管D2、二极管D3、光伏端口、蓄电池端口、负载端口组成，所述光伏端口与电容C1并联，所述光伏端口的正极与电感L1的一端连接，光伏端口的负极与蓄电池端口的负极连接，所述电感L1的另一端分别与二极管D1和二极管D2的阳极连接，所述二极管D1的阴极分别与蓄电池端口的正极、电容C2一端、电感L2一端连接，电感L2的另一端分别与开关管S中的一端、二极管D2的阴极以及二极管D3阳极连接，所述蓄电池端口的负极与电容C2另一端以及开关管S的另一端连接；所述负载端口与电容C3并联，所述负载端口的正极与二极管D3的阴极连接，负载接口的负极与开关管S的另一端连接。进一步的，所述开关管S为MOS管，MOS管中的三个引脚分别为：漏极引脚d、源极引脚s、栅极引脚g,所述MOS管的d引脚分别与电感L2的一端、二极管D2的阴极、以及二极管的阳极连接，MOS管的s引脚与蓄电池端口、光伏端口或负载端口的负极连接，所述MOS管的g引脚与驱动模块连接。进一步的，所述光伏储能系统中的控制电路是由调制电路、第一控制支路、第二控制支路组成，所述第一控制支路与第二控制支路分别与调制电路的输入端连接，所述调制电路的输出端与驱动模块连接。进一步的，所述调制电路是由PFM模块与PWM模块组成，所述PFM模块输入端与第一控制支路的输出端连接，所述PWM模块的输入端与第二控制支路的输出端连接，PFM模块与PWM模块的输出端与驱动模块的输入端连接。进一步的，所述第一控制支路是由MPPT控制器、加法器1以及调节器1组成，所述MPPT控制器的输出端口与加法器1的减法端口连接，加法器1的加法端口与MPPT控制器电压输入连接，所述加法器1的输出端通过调节器1与调制电路中的PFM模块的输入端连接。进一步的，所述第二控制支路是由加法器2和调节器2组成，所述加法器2的输出端通过调节器2与PWM模块的输入端连接。一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器的控制方法如下：所述变换器中电感L1工作在DCM模式，电感L2工作在CCM模式，采用PWM+PFM混合调制策略，同时调节占空比D和开关频率fs，进而控制变换器的光伏阵列电压和负载端电压，对光伏阵列端电压采用PFM闭环控制，而对负载端电压采用PWM闭环控制，所述光伏储能系统的控制电路中第一控制支路用于获取光伏组件的输出电压以及光伏组件的输出电流，产生第一调制信号，以实现光伏组件的最大功率点跟踪控制；所述第二控制支路用于获取负载的端电压，产生第二调制信号，以实现负载两端的恒压控制；调制电路用于调节占空比D和开关频率fs，以实现对变换器的控制。进一步的，所述三端口Boost集成式变换器在光伏储能系统中控制方法如下:1)变换器中第一电感和第二电感分别工作在DCM模式和CCM模式；2)第一控制支路光伏组件的输出电压以及光伏组件的输出电流，产生第一调制信号；第二控制支路负载的端电压，产生第二调制信号；3)根据步骤2中得到的第一调制信号和所述第二调制信号产生开关管驱动信号，所述第一调制信号用于调制所述开关管驱动信号的频率，所述第二调制信号用于调制所述开关管驱动信号的占空比。进一步的，所述三端口Boost集成式变换器在光伏储能系统中具体控制方法如下:1)调节开关频率fs的方法，所述控制电路的第一控制支路中MPPT控制器采样光伏端口的输出电压upv和输出电流ipv并送至MPPT控制器进行MPPT运算，MPPT控制器输出电压参考值upv,ref，加法器1计算得到光伏端口的输出电压upv和电压参考值upv,ref进行运算得到误差信号ue1，加法器1将误差信号ue1传送给调节器1，通过调节器1得到调制信号uc1,调制信号uc1输入脉冲频率给调制电路中的PFM模块，PFM模块控制驱动信号ugs的频率fs，将驱动信号ugs的开关频率fs输送给驱动模块进而控制开关管S；2)调节占空比D的方法：从负载端口采集负载的端电压uo，加法器2根据预设的负载电压参考值uo,ref和负载端电压uo进行计算，得到第二误差信号ue2，再通过调节器2得到调制信号uc2，调制信号uc2输入脉冲宽度调制电路中的PWM模块,PWM模块控制驱动信号ugs的占空比d输送给驱动模块进而控制开关管S；3)调节开关管：驱动信号ugs通过驱动模块驱动开关管S，表示驱动开关管S的导通与截止，也称之为驱动开关管S的通断。与现有技术相比，采用了上述技术方案的新型三端口Boost集成式变换器，具有如下有益效果：将由Boost光伏接口PWM变换器和Boost储能接口PWM变换器级联而成的传统光伏储能系统主电路，通过复用功率开关管集成在一起，并采用PWM+PFM的混合调制策略，得到所提新型三端口Boost集成式变换器。所提三端口Boost集成式变换器可以实现三个端口间功率流的灵活控制，与原系统相比，该集成式变换器减少了一个开关管及其驱动模块，提高了系统的集成度及效率，并降低了成本，对于中小功率光伏发电应用场合有着重要意义。附图说明图1为传统光伏储能系统中主电路图；图2为本专利技术变换器电路图；图3为工作模式下模态1等效电路图；图4为工作模式下模态2等效电路图；图5为工作模式下模态3等效电路图；图6为工作模式下模态1-3的关键波形图；图7为光伏储本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器，所述光伏储能系统是由控制电路、驱动模块以及主电路组成，其特征在于：所述主电路是由三端口Boost集成式变换器构成，三端口Boost集成式变换器中具有三个端口，所述三个端口分别为光伏端口、蓄电池端口以及负载端口，三端口Boost集成式变换器是由开关管S、电感L1、电感L2、电容C1、电容C2、电容C3、开关管S、二极管D1、二极管D2、二极管D3、光伏端口、蓄电池端口、负载端口组成，所述光伏端口与电容C1并联，所述光伏端口的正极与电感L1的一端连接，所述电感L1的另一端分别与二极管D1和二极管D2的阳极连接；所述蓄电池端口与电容C2并联，所述蓄电池端口的正极与二极管D1的阴极、电感L2一端连接，电感L2的另一端分别与开关管S中的一端、二极管D2的阴极以及二极管D3阳极连接；所述负载端口与电容C3并联，所述负载端口的正极与二极管D3的阴极连接；光伏端口负极、蓄电池端口和负载端口的负极与开关管S的另一端连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器，所述光伏储能系统是由控制电路、驱动模块以及主电路组成，其特征在于：所述主电路是由三端口Boost集成式变换器构成，三端口Boost集成式变换器中具有三个端口，所述三个端口分别为光伏端口、蓄电池端口以及负载端口，三端口Boost集成式变换器是由开关管S、电感L1、电感L2、电容C1、电容C2、电容C3、开关管S、二极管D1、二极管D2、二极管D3、光伏端口、蓄电池端口、负载端口组成，所述光伏端口与电容C1并联，所述光伏端口的正极与电感L1的一端连接，所述电感L1的另一端分别与二极管D1和二极管D2的阳极连接；所述蓄电池端口与电容C2并联，所述蓄电池端口的正极与二极管D1的阴极、电感L2一端连接，电感L2的另一端分别与开关管S中的一端、二极管D2的阴极以及二极管D3阳极连接；所述负载端口与电容C3并联，所述负载端口的正极与二极管D3的阴极连接；光伏端口负极、蓄电池端口和负载端口的负极与开关管S的另一端连接。2.根据权利要求1所述一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器，其特征在于：所述开关管S为MOS管，MOS管中的三个引脚分别为：漏极引脚d、源极引脚s、栅极引脚g,所述MOS管的d引脚分别与电感L2的一端、二极管D2的阴极、以及二极管D3的阳极连接，MOS管的s引脚与蓄电池端口、光伏端口或负载端口的负极连接，所述MOS管的g引脚与驱动模块连接。3.根据权利要求1所述一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器，其特征在于：所述光伏储能系统中的控制电路是由调制电路、第一控制支路、第二控制支路组成，所述第一控制支路与第二控制支路分别与调制电路的输入端连接，所述调制电路的输出端与驱动模块连接。4.根据权利要求3所述一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器，其特征在于：所述调制电路是由PFM模块与PWM模块组成，所述PFM模块输入端与第一控制支路的输出端连接，所述PWM模块的输入端与第二控制支路的输出端连接，PFM模块与PWM模块的输出端与驱动模块的输入端连接。5.根据权利要求3所述一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器，其特征在于：所述第一控制支路是由MPPT控制器、加法器1以及调节器1组成，所述MPPT控制器的输出端口与加法器1的减法端口连接，加法器1的加法端口与MPPT控制器电压输入连接，所述加法器1的输出端通过调节器1与调制电路中的PFM模块的输入端连接。6.根据权利要求3所述一种用于光伏储能系统的新型三端口Boost集成式变换器，其特征在于：所述第二控制支路是由加法器2和调节器2组成，所述加法器2的输出端通过调节器...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦岭，田民，沈家鹏，尹铭，高娟，段冰莹，周磊，韩启萌，张宇妍，赵海龙，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32