一种三端口集成式光伏储能变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种三端口集成式光伏储能变换器，该变换器包括两个开关管、三个电容、两个二极管和两个电感；三个电容分别与蓄电池、光伏组件和负载并联；第一开关管和第二开关管互补导通。采用PWM+PFM调制策略，控制第一电感工作在DCM模式，采用变频控制实现光伏组件最大功率点跟踪控制；控制第二电感工作在CCM模式，采用变占空比实现负载恒压控制。本发明专利技术通过复用开关管实现功率开关的集成，减少了一个开关管及其驱动模块，提高了变换器的集成度，并降低了成本。

A three port integrated photovoltaic energy storage converter

【技术实现步骤摘要】
一种三端口集成式光伏储能变换器
本专利技术属于变换器控制
，具体涉及一种三端口集成式光伏储能变换器。
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Boost光伏接口和Buck/Boost双向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(MaximumPawerPointTracking,MPPT)控制和蓄电池的充放电控制，如图1所示。这种结构能够有效地实现光伏储能系统的能量管理与控制，但存在元器件数量多、体积重量大，整体效率低等缺点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种三端口集成式光伏储能变换器，减少了开关管及其驱动模块，提高了变换器的集成度。本专利技术提供了一种三端口集成式光伏储能变换器，包括：第一开关管、第二开关管、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管、第一电感和第二电感；所述第一开关管与所述第二开关管互补导通，所述第一电感和第二电感分别工作在DCM模式和CCM模式；所述光伏阵列的正极与所述第一电感的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述光伏阵列的负极与所述第一电容的第二端、所述蓄电池的负极、所述第二电容的第二端、所述第一开关管的源极、所述第三电容的第二端、所述负载的负极连接；所述蓄电池的正极与所述第二电容的第一端、所述第二电感的第一端连接；所述第一电感的第二端与所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极与所述第二电感的第二端、所述第一开关管的漏极和所述第二开关管的源极连接；所述第二二极管的阴极与所述第二开关管的漏极、所述第三电容的第一端、所述负载的正极连接。优选的，所述第一开关管和所述第二开关管均为MOS管。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过开关管的复用，将传统光伏储能系统中的Buck/Boost双向储能接口变换器和Boost光伏接口变换器集成在一起，通过PWM+PFM的混合调制策略，实现三个端口间功率流的灵活控制。与传统的用于光伏储能系统的变换器相比，该三端口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，并降低了成本。另外，本专利技术提供的三端口集成式变换器能够适应光伏储能系统中光伏功率突变、负载功率突变等极端情况，保证了系统的可靠性和稳定运行。附图说明图1为传统用于光伏储能系统的变换器电路结构示意图。图2为本申请实施例的一种三端口集成式光伏储能变换器的电路结构示意图。图3(a)～(c)为本申请实施例的三端口集成式变换器不同模态的等效电路图。图4(a)为本申请实施例的三端口集成式变换器工作于光伏、蓄电池联合供电模式时的工作波形图。图4(b)为本申请实施例的三端口集成式变换器工作于光伏同时向蓄电池和负载供电模式时的工作波形图。图5(a)、(b)为本申请实施例的三端口集成式变换器系统控制框图。图6(a)为本申请实施例的三端口集成式变换器由于负载功率减小，运行模式由光伏、蓄电池联合供电模式切换至光伏同时向蓄电池和负载供电模式的仿真波形。图6(b)为本申请实施例的三端口集成式变换器由于光伏阵列输出功率增加，运行模式由光伏、蓄电池联合供电模式切换至光伏同时向蓄电池和负载供电模式的仿真波形。图7(a)为本申请实施例的三端口集成式变换器由于负载功率增加，运行模式由光伏同时向蓄电池和负载供电模式切换至光伏、蓄电池联合供电模式的仿真波形。图7(b)为本申请实施例的三端口集成式变换器由于光伏阵列输出功率减小，运行模式由光伏同时向蓄电池和负载供电模式切换至光伏、蓄电池联合供电模式的仿真波形。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图2所示，本申请实施例中一种三端口集成式光伏储能变换器，变换器的三个端口分别与光伏阵列PV、蓄电池和负载相连，其中，变换器包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1和第二电感L2；第一开关管S1与第二开关管S2互补导通，第一电感L1和第二电感L2分别工作在DCM模式和CCM模式；光伏阵列PV的正极与第一电感L1的第一端和第一电容C1的第一端连接，光伏阵列PV的负极与第一电容C1的第二端、蓄电池的负极、第二电容C2的第二端、第一开关管S1的源极、第三电容C3的第二端、负载的负极连接；蓄电池的正极与第二电容C2的第一端、第二电感L2的第一端连接；第一电感L1的第二端与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阳极连接；第一二极管D1的阴极与第二电感L2的第二端、第一开关管S1的漏极和第二开关管S2的源极连接；第二二极管D2的阴极与第二开关管S2的漏极、第三电容C3的第一端、负载的正极连接。在本实施例中，第一开关管S1和第二开关管S2均采用MOS管。本申请实施例中的三端口集成式光伏储能变换器正常工作时有两种工作模式：光伏、蓄电池联合供电模式和光伏同时向蓄电池和负载供电模式。接下来分析这两种工作模式下变换器的基本工作原理。为了简化分析，首先假设系统工作已经达到稳态，并符合以下条件：(i)除考虑功率管的内阻外，不考虑功率管其它参数影响；(ii)储能元件均为理想元件，所有电容容量都足够大，其电压纹波忽略不计，即蓄电池电压UB、光伏阵列电压Upv和负载电压Uo恒定；(iii)第一电感L1工作在DCM模式，第二电感L2工作在CCM模式。(1)模式1：光伏、蓄电池联合供电模式当光伏阵列发出功率无法满足负载功率时，变换器工作在光伏、蓄电池联合供电模式。该变换器在一个开关周期中的工作可分成3个模态，每个工作模态对应的等效电路如图3所示，图中实线箭头表示各模态下电流方向。主要波形如图4(a)所示，下面分别予以分析。模态1：[t0-t1](等效电路如图3(a)所示)t0时刻前，第一开关管S1关断，第二开关管S2导通，第一二极管D1、第二二极管D2均处于关断状态。第一电感L1的电流为0，第二电感L2经第二开关管S2线性放电。在t0时刻，开通第一开关管S1，关断第二开关管S2，模态1开始。此时，第一二极管D1导通，第二二极管D2关断。第一电感L1和第二电感L2分别承受正向电压Upv和UB，故第一电感电流iL1(t)、第二电感电流iL2(t)均线性增长，其表达式分别为：模态2：[t1-t2](等效电路如图3(b)所示)t1时刻，关断第一开关管S1，开通第二开关管S2，模态1结束，模态2开始。此时，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三端口集成式光伏储能变换器，所述三端口集成式变换器的三个端口分别与光伏阵列、蓄电池和负载连接，其特征在于，所述变换器包括：/n第一开关管、第二开关管、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管、第一电感和第二电感，所述第一开关管与所述第二开关管互补导通，所述第一电感和第二电感分别工作在DCM模式和CCM模式；/n所述光伏阵列的正极与所述第一电感的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述光伏阵列的负极与所述第一电容的第二端、所述蓄电池的负极、所述第二电容的第二端、所述第一开关管的源极、所述第三电容的第二端、所述负载的负极连接；/n所述蓄电池的正极与所述第二电容的第一端、所述第二电感的第一端连接；/n所述第一电感的第二端与所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阳极连接；/n所述第一二极管的阴极与所述第二电感的第二端、所述第一开关管的漏极和所述第二开关管的源极连接；/n所述第二二极管的阴极与所述第二开关管的漏极、所述第三电容的第一端、所述负载的正极连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种三端口集成式光伏储能变换器，所述三端口集成式变换器的三个端口分别与光伏阵列、蓄电池和负载连接，其特征在于，所述变换器包括：
第一开关管、第二开关管、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管、第一电感和第二电感，所述第一开关管与所述第二开关管互补导通，所述第一电感和第二电感分别工作在DCM模式和CCM模式；
所述光伏阵列的正极与所述第一电感的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述光伏阵列的负极与所述第一电容的第二端、所述蓄电池的负极、所述第二电容的第二端、所述第一开关管的源极...

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