一种串联电源系统的在线扰动发生检测系统及方法技术方案

一种串联电源系统的在线扰动发生检测系统及方法，包括串联模组单元和负载电源或其他电力电子装置；M个串联模组单元依次串联，其中M≥1；当大于等于两个串联模组单元时，其中第n个串联模组单元的Vin端与第n+1个串联模组单元的Vout端连接，其中(M

【技术实现步骤摘要】
一种串联电源系统的在线扰动发生检测系统及方法


[0001]本专利技术属于电源系统的在线扰动检测
，特别涉及一种串联电源系统的在线扰动发生检测系统及方法。

技术介绍

[0002]随着传统能源、交通等行业对环境造成的压力逐年增加，国家和社会对新能源电力、新能源交通等的需求愈发强烈。各类政策的出台也促进了新能源产业的高速发展。
[0003]在新能源电力和交通产业中，大量的清洁能源电源被采用来提供电力供应。例如光伏发电系统中，采用光伏组件作为发电电源；电动汽车中，采用锂离子电池作为汽车动力电源；作为终极清洁能源的氢燃料电池发动机也是采用燃料电池作为车辆的动力电源；在新能源配套的储能产品中更是大量使用各类电化学电池、超级电容或其他电力电子电源作为基本电源使用。
[0004]而这些电源由于单体电压较低或电流较小，往往需要串并联使用，形成串联的电源系统。同时，由于单体电源的不一致性，容易造成串联系统的失效，如锂离子电池由于单体不一致性，个别电池使用过程中容易老化，如不能及时加以识别，将很容易造成系统效率下降；严重情况下甚至会造成系统故障，乃至于系统损毁。氢燃料电堆中的个别电池输出特性不一致，或催化剂中毒等原因，在串联使用时很容易造成电池堆系统性能下降，乃至系统失效。光伏组串由于其中个别组件影裂、电势诱导衰减等原因造成组串发电量下降等。因此如何检测串联电源系统中每个电源的本质特性，如锂电池，燃料电池的电化学特性，光伏组件的内部等效特性等，成为避免此类问题的先决条件。
[0005]而目前能进行电源本质特性检测需要采用专用设备，进行离线检测。此类专用设备主要通过向单体电源注入不同频率的微量扰动，检测其对微量扰动的响应进行采样实现检测，因此对采样系统的精度往往要求非常高。由于频率范围往往较宽，因此生成宽频率范围微量信号设备成本巨大且能够检测的通道数量有限，需要花费大量的时间。同时由于无法在线检测，不能实时的发现电源单体存在的问题，存在巨大的漏检风险。由于需要离线检测，会造成串联电源系统无法正常工作，会造成收益损失，特别是在新能源汽车等领域内是不被允许的，或需要做重复的资源投入以确保系统的不中断供电，系统成本将成倍增加。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种串联电源系统的在线扰动发生检测系统及方法，以解决上述问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种串联电源系统的在线扰动发生检测系统，包括串联模组单元和负载电源或其他电力电子装置；M个串联模组单元依次串联，其中M≥1；当大于等于两个串联模组单元时，其中第n个串联模组单元的Vin端与第n+1个串联模组单元的Vout端连接，其中(M
‑
1)≥n≥1；在第一个串联模组单元的Vout端和第M个串联模组单元的Vin端接入负载、电源或其他电
力电子装置。
[0009]进一步的，串联模组单元包括I类串联模组单元和II类串联模组单元；
[0010]II类串联模组单元包括基本单元和扰动装置；J个基本单元，其中J≥1；当大于等于2个基本单元时，其中第i个基本单元的Sig
‑
端与第i+1个基本单元的Sig+端连接，其中(J
‑
1)≥i≥1；第一个基本单元的Sig+端与扰动装置的V+端连接，最后一个基本单元的Sig
‑
端与扰动装置的V
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端连接，构成II类串联模组单元；
[0011]I类串联模组单元包括基本单元、扰动装置和实时电流采样模块；J个基本单元，其中J≥1；当大于等于2个基本单元时，其中第i个基本单元的Sig
‑
端与第i+1个基本单元的Sig+端连接，其中(J
‑
1)≥i≥1；第一个基本单元的Sig+端与扰动装置的V+端连接，最后一个基本单元的Sig
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端与扰动装置的V
‑
端连接，采用一个实时电流采样模块并串联于最后一个基本单元之后，构成I类串联模组单元。
[0012]进一步的，II类串联模组单元两端分别标记为Vin和Vout，另有信号输入端口，输入扰动信号，J个信号输出端口，输出内部各基本单元的实时电压信号；I类串联模组单元有实时电流信号输出端口。
[0013]进一步的，扰动装置包括第一扰动装置、第二扰动装置、第三扰动装置和第四扰动装置；第一扰动装置包括可控的开关K1和二极管D，二极管D阳极连接V
‑
端，阴极连接Vout端，旁路信号与K1控制端连接，K1设置在端口V+和二极管D的阴极之间；第二扰动装置包括可控的开关K2和K3，旁路信号连接K2的控制端，旁路信号经反向后连接K3的控制端，K2设置在Vout端和V+端之间，K3设置于Vout端和V
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端；第三扰动装置包括可控的开关K4，旁路信号连接开关K4的控制端，K4设置在Vout端和V+端之间；第四扰动装置包括单刀双掷开关K5，旁路信号连接K5的控制端，单刀双掷开关K5的动端连接Vout端，两不动端分别连接V+端和V
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端。
[0014]进一步的，K1、K2、K3、K4是指具有可控的单向或双向开关能力的器件，具体包括三极管、达林顿管、IGBT、MOSFET、继电器或干簧管。
[0015]进一步的，当扰动信号控制K1连接V+端，或控制K2连接V+端，同时K3与V
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端断开，或K4连接V+端，或K5切换到V+端时，电流流过基本单元；当扰动信号控制K4与V+端断开时，电流不再流过基本单元；当扰动信号控制K1与V+端断开，或者控制V2与V+端断开，同时K3与V
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端连接，或者K5切换到V
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端时，电流不在流过基本单元，但通过旁路流通。
[0016]进一步的，基本单元包括被测单元与实时电压采集模块，被测单元两端并联实时电压采样模块，被测单元的一端与实时电压采样的V+端连接，连接后的端定义为Sig+端；被测单元另一端与实时电压采样的V
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端连接，连接后的端定义为Sig
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端；实时电压采样模块实现被测单元两端电压的实时采集和必要的信号处理，并输出被测单元的实时电压信号。
[0017]进一步的，被测单元为单个电源或多个电源串并联后的等效电源；等效电源为单个电源或多个电源的并联等效电源。
[0018]进一步的，一种串联电源系统的在线扰动发生检测系统的检测方法，包括：
[0019]在串联电源系统正常运行时，通过向该系统中的一个或多个串联模组单元发出扰动信号，使通过被扰动串联模组单元的实时电流发生相应的改变，即被旁路或断路，同时实时采样扰动信号期间各个被测单元的实时电压和电流，用于进一步计算得出被测单元在该扰动信号下的响应。
[0020]进一步的，扰动信号是可变频率的周期性开关信号；采用冗余串联模块单元的模式，即串联电源系统中额外接入一个或多个串联模组单元，或在原系统中选取一个或多个串联模组单元，使其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联电源系统的在线扰动发生检测系统，其特征在于，包括串联模组单元和负载、电源或其他电力电子装置；M个串联模组单元依次串联，其中M≥1；当大于等于两个串联模组单元时，其中第n个串联模组单元的Vin端与第n+1个串联模组单元的Vout端连接，其中(M
‑
1)≥n≥1；第一个串联模组单元的Vout端和第M个串联模组单元的Vin端接入负载、电源或其他电力电子装置。2.根据权利要求1所述的一种串联电源系统的在线扰动发生检测系统，其特征在于，串联模组单元包括I类串联模组单元和II类串联模组单元；II类串联模组单元包括基本单元和扰动装置；J个基本单元，其中J≥1；当大于等于2个基本单元时，其中第i个基本单元的Sig
‑
端与第i+1个基本单元的Sig+端连接，其中(J
‑
1)≥i≥1；第一个基本单元的Sig+端与扰动装置的V+端连接，最后一个基本单元的Sig
‑
端与扰动装置的V
‑
端连接，构成II类串联模组单元；I类串联模组单元包括基本单元、扰动装置和实时电流采样模块；J个基本单元，其中J≥1；当大于等于2个基本单元时，其中第i个基本单元的Sig
‑
端与第i+1个基本单元的Sig+端连接，其中(J
‑
1)≥i≥1；第一个基本单元的Sig+端与扰动装置的V+端连接，最后一个基本单元的Sig
‑
端与扰动装置的V
‑
端连接，采用一个或多个实时电流采样模块，串联于基本单元支路的任意位置，构成I类串联模组单元。3.根据权利要求2所述的一种串联电源系统的在线扰动发生检测系统，其特征在于，II类串联模组单元两端分别标记为Vin和Vout，另有信号输入端口，输入扰动信号，J个信号输出端口，输出内部各基本单元的实时电压信号；I类串联模组单元在II类串联模组单元的基础上有一路或多路实时电流信号输出端口。4.根据权利要求2所述的一种串联电源系统的在线扰动发生检测系统，其特征在于，扰动装置包括第一扰动装置、第二扰动装置、第三扰动装置和第四扰动装置；第一扰动装置包括可控的开关K1和二极管D，二极管D阳极连接V
‑
端，阴极连接Vout端，扰动信号与K1控制端连接，K1设置在端口V+和二极管D的阴极之间；第二扰动装置包括可控的开关K2和K3，扰动信号连接K2的控制端，扰动信号经反向后连接K3的控制端，K2设置在Vout端和V+端之间，K3设置于Vout端和V
‑
端；第三扰动装置包括可控的开关K4，扰动信号连接开关K4的控制端，K4设置在Vout端和V+端之间；第四扰动装置包括单刀双掷开关K5，扰动信号连接K5的控制端...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪同，
申请(专利权)人：西安新艾电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：