一种基于多端口变换单元的光储负荷一体化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多端口变换单元的光储负荷一体化系统，包括多端口变换单元和变换器控制单元，所述多端口变换单元和所述变换器控制单元双向电气连接，所述变换器控制单元通过PWM信号控制所述多端口变换单元，所述多端口变换单元至少包括储能电池、超级电容、光伏电源、同步Buck电路、移相全桥电路和水泵电机，其中，所述储能电池的端口、所述超级电容的端口和所述光伏电源的端口由变压器原边的所述移相全桥电路、所述同步Buck电路和移相全桥电路超前臂复用构成；所述水泵电机的端口由变压器副边的所述移相全桥电路的二极管整流电路和变压器副边的所述同步Buck电路串联形成。路和变压器副边的所述同步Buck电路串联形成。路和变压器副边的所述同步Buck电路串联形成。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多端口变换单元的光储负荷一体化系统


[0001]本专利技术涉及光伏水泵
，具体涉及一种基于多端口变换单元的光储负荷一体化系统。

技术介绍

[0002]光伏水泵，是指采用光伏电源给水泵供电的一种装置，充分利用清洁太阳能，实现零碳排放。但由于温度和光照强度变化会引起光伏功率波动，导致水泵频繁启停，甚至损坏水泵。为此需要对光伏水泵进行功率补偿。
[0003]目前，光伏水泵功率补偿方式有两种功率补偿方法：市电功率补偿和储能电池功率补偿。市电功率补偿严重依赖电网导致应用范围有限，不适用偏远地区提水、农业灌溉、牧区供水、应急排水等场合；而储能电池避免了前者弊端，但光伏和负载功率波动导致储能电池频繁充放电，大大减少了储能电池寿命。除此以外，两种功率补偿方案均未实现水泵和电源的电气隔离，增大了光伏水泵装置运行和维护的安全隐患。
[0004]综上所述，传统的光伏水泵系统存在系统稳定性低、安全性差的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种基于多端口变换单元的光储负荷一体化系统，通过构建部分隔离型的多端口变换单元与变换器控制单元相配合，利用电压比较实现光伏最大功率跟踪和储能电池保护的自适应切换，并采用超级电容电流控制抑制光储泵系统高频功率波动，解决了传统的光伏水泵系统存在的系统稳定性低的问题，同时移相全桥电路的变压器实现各电源与水泵的电气隔离，解决了传统的光伏水泵系统存在的安全性差的问题。
[0006]为解决以上问题，本专利技术的技术方案为采用一种基于多端口变换单元的光储负荷一体化系统，包括多端口变换单元和变换器控制单元，所述多端口变换单元和所述变换器控制单元双向电气连接，所述变换器控制单元通过PWM信号控制所述多端口变换单元，所述多端口变换单元至少包括储能电池、超级电容、光伏电源、同步Buck电路、移相全桥电路和水泵电机，其中，所述储能电池的端口、所述超级电容的端口和所述光伏电源的端口由原边的所述移相全桥电路、所述同步Buck电路和移相全桥电路超前臂复用构成；所述水泵电机的端口由副边的所述移相全桥电路的二极管整流电路和副边的所述同步Buck电路串联形成。
[0007]可选地，所述变换器控制单元至少包括检测单元、驱动电路、数模转换电路、模数转换电路和微处理单元，其中，所述检测单元至少包括电压传感器、电流传感器、转速传感器和检测回路。
[0008]可选地，所述检测回路、所述模数转换电路、所述微处理单元、所述数模转换电路和所述驱动电路按照依次级联的方式电气连接。
[0009]可选地，所述电压传感器和所述电流传感器均与所述光伏电源的端口电气连接，在所述电压传感器和所述电流传感器采集所述光伏电源的端口的输出电压信号及输出电
流信号后，所述输出电压信号及输出电流信号经模数转换变为数字信号并传输至所述微处理单元，所述微处理单元输出用于控制原边的所述移相全桥电路的开关管S1‑
S4导通角的控制信号，所述控制信号经数模转换变为PWM信号并传输至所述驱动电路，所述驱动电路基于所述PWM信号控制所述开关管S1‑
S4的通断状态，以实现所述光伏电源的最大功率跟踪。
[0010]可选地，所述电压传感器和与所述储能电池的端口电气连接，在所述电压传感器采集所述储能电池的端口的输出电压信号后，所述输出电压信号经模数转换变为数字信号并传输至所述微处理单元，所述微处理单元基于储能电池端口输出电压信号的数值和储能电池端口输出给定电压值的偏差输出用于控制原边的所述移相全桥电路的开关管S1‑
S4导通角的控制信号，所述控制信号经数模转换变为PWM信号并传输至所述驱动电路，所述驱动电路基于所述PWM信号控制所述开关管S1‑
S4的通断状态，以控制所述储能电池的输出电压。
[0011]可选地，所述电压传感器和所述电流传感器均与所述光伏电源、所述水泵电机和所述超级电容的端口电气连接，在所述电压传感器和所述电流传感器采集所述光伏电源、所述水泵电机和所述超级电容的端口的输出电压信号及输出电流信号后，通过乘法器求取光伏电源、水泵电机和超级电容波动功率，将水泵电机波动功率和光伏电源波动功率的相反数求和生成系统波动功率，基于高频滤波器过滤所述系统波动功率的高频部分为所述超级电容给定功率信号，所述超级电容给定功率信号和所述超级电容波动功率信号经模数转换变为数字信号并传输至所述微处理单元，所述微处理单元基于所述超级电容给定功率信号数值与所述超级电容波动功率信号数值的偏差输出用于控制原边的所述同步Buck电路的开关管S5‑
S6导通角的控制信号，所述控制信号经数模转换变为PWM信号并传输至所述驱动电路，所述驱动电路基于所述PWM信号控制所述开关管S5‑
S6的通断状态，以实现所述超级电容抑制系统高频功率的波动。
[0012]可选地，所述电压传感器与变压器副边的所述移相全桥电路的二极管整流电路电气连接，所述转速传感器用以测量所述水泵电机的转速，在所述电压传感器采集副边集整流输出电压信号和所述转速传感器采集所述水泵电机转速信号后，所述整流输出电压信号及电机转速信号经模数转换变为数字信号并传输至所述微处理单元，所述微处理单元基于所述整流输出电压信号的数值和整流输出给定电压值的偏差输出用于控制原边的所述移相全桥电路的开关管S3‑
S4的导通角的控制信号，所述控制信号经数模转换变为PWM信号并传输至所述驱动电路，所述驱动电路基于所述PWM信号控制所述开关管S3‑
S4的导通角，以控制副边的所述整流输出电压；所述微处理单元基于所述水泵电机转速信号的数值和水泵电机给定转速值的偏差输出用于控制副边的所述同步Buck电路的开关管S7‑
S8的导通角的控制信号，所述控制信号经数模转换变为PWM信号并传输至所述驱动电路，所述驱动电路基于所述PWM信号控制所述开关管S7‑
S8的通断状态，以控制所述水泵电机变压恒速运行。
[0013]可选地，所述水泵电机为直流水泵电机。
[0014]可选地，所述微处理单元为DSP芯片。
[0015]本专利技术的首要改进之处为提供的基于多端口变换单元的光储负荷一体化系统，通过构建部分隔离型的多端口变换单元与变换器控制单元相配合，在变压器的原边利用同步Buck电路与移相全桥电路并联，同时接入超级电容和储能电池，并通过复用移相全桥超前臂(开关管S1‑
S2)接入光伏电源，减少开关管数量的同时，在变压器的副边采用同步Buck电路实现水泵电机的变压恒速控制。并通过变换器控制单元利用电压比较实现光伏最大功率
跟踪和储能电池保护的自适应切换，采用超级电容电流控制抑制光储泵系统的高频功率波动，解决了传统的光伏水泵系统存在的系统稳定性低、安全性差的问题。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的基于多端口变换单元的光储负荷一体化系统的简化单元连接图；
[0017]图2是本专利技术的多端口变换单元的拓扑图；
[0018]图3是本专利技术的开关管S1～S4的工作波形图；
[0019]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多端口变换单元的光储负荷一体化系统，其特征在于，包括多端口变换单元和变换器控制单元，所述多端口变换单元和所述变换器控制单元双向电气连接，所述变换器控制单元通过PWM信号控制所述多端口变换单元，所述多端口变换单元至少包括储能电池、超级电容、光伏电源、同步Buck电路、移相全桥电路和水泵电机，其中，所述储能电池的端口、所述超级电容的端口和所述光伏电源的端口由变压器原边的移相全桥电路、所述同步Buck电路和移相全桥电路超前臂复用构成；所述水泵电机的端口由变压器副边的所述移相全桥电路的二极管整流电路和变压器副边的所述同步Buck电路串联形成。2.根据权利要求1所述的光储负荷一体化系统，其特征在于，所述变换器控制单元至少包括检测单元、驱动电路、数模转换电路、模数转换电路和微处理单元，其中，所述检测单元至少包括电压传感器、电流传感器、转速传感器和检测回路。3.根据权利要求2所述的光储负荷一体化系统，其特征在于，所述检测回路、所述模数转换电路、所述微处理单元、所述数模转换电路和所述驱动电路按照依次级联的方式电气连接。4.根据权利要求3所述的光储负荷一体化系统，其特征在于，所述电压传感器和所述电流传感器均与所述光伏电源的端口电气连接，在所述电压传感器和所述电流传感器采集所述光伏电源的端口的输出电压信号及输出电流信号后，所述输出电压信号及输出电流信号经模数转换变为数字信号并传输至所述微处理单元，所述微处理单元输出用于控制原边的所述移相全桥电路的开关管S1‑
S4导通角的控制信号，所述控制信号经数模转换变为PWM信号并传输至所述驱动电路，所述驱动电路基于所述PWM信号控制所述开关管S1‑
S4的通断状态，以实现所述光伏电源的最大功率跟踪。5.根据权利要求3所述的光储负荷一体化系统，其特征在于，所述电压传感器与所述储能电池的端口电气连接，在所述电压传感器采集所述储能电池的端口的输出电压信号后，所述输出电压信号经模数转换变为数字信号并传输至所述微处理单元，所述微处理单元基于所述储能电池端口输出电压信号的数值与储能电池端口给定输出电压值的偏差输出用于控制原边的所述移相全桥电路的开关管S1‑
S4导通角的控制信号，所述控制信号经数模转换变为PWM信号并传输至所述驱动电路，所述驱动电路基于所述PWM信号控制所述开关管S1‑
S4的通断状态，以控制所述储能电池的输出电压。6.根据权利要求3所述的光储负荷一体化系...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙章，宋根，陈湘，韩琪，关坤，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：