本發(fā)明涉及一種光儲變流器。
背景技術(shù)：
小功率雙向光儲變流器主要指5kW及3kW功率等級的變流器。小功率雙向光儲變流器在光伏逆變器的基礎(chǔ)上增加了與蓄電池連接的雙向變流裝置，可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電、蓄電池儲能、放電以及并離網(wǎng)發(fā)電的功能，實(shí)現(xiàn)了能量在蓄電池與電網(wǎng)之間的雙向流動；提高電網(wǎng)對分布式光伏發(fā)電的接納能力，可以接受調(diào)度指令，根據(jù)指令提供有無功功率；最重要的是可以削峰填谷，平抑峰谷電能，提高電網(wǎng)的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。
小功率雙向光儲變流器同時(shí)具有并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運(yùn)行模式。離網(wǎng)模式下，小功率雙向光儲變流器在保證敏感負(fù)荷的不間斷供電前提下可以將剩余的電量儲存于蓄電池中，提髙了系統(tǒng)的供電可靠性；并網(wǎng)模式下，可以利用儲能蓄電池進(jìn)行削峰填谷，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。
現(xiàn)有的雙向光儲變流器的逆變部分為普通光伏逆變器結(jié)構(gòu)，由BOOST升壓電路和全橋逆變電路等構(gòu)成，雙向變流部分為單路的Cuk電路或是全橋電路加雙向BUCK/BOOST電路構(gòu)成；其中CUK電路為硬開關(guān)模式，效率比較低；全橋電路加雙向BUCK/BOOST電路則因?yàn)槌潆姇r(shí)由全橋電路直接向蓄電池充電，導(dǎo)致充電紋波較大或是需要增加濾波電容從而增加成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出的小功率雙向光儲變流器采用更易實(shí)現(xiàn)的軟開關(guān)技術(shù)，以提高雙向光儲變流器的效率，使用交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)降低蓄電池充電電壓紋波并降低與蓄電池連接的變流電路的電流應(yīng)力，降低了雙向光儲變流器的成本。本發(fā)明集成光伏并離網(wǎng)發(fā)電及蓄電池充放電功能，電路結(jié)構(gòu)簡單，電子元器件數(shù)量少，工作更可靠，并且具有成本低、重量輕、體積小、效率高。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：
一種小功率雙向光儲變流器，包括雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路、雙向DC/DC全橋電路、BUS直流母線、雙向DC/AC全橋電路、光伏輸入BOOST升壓電路和并離網(wǎng)切換電路。蓄電池正極與第一復(fù)用電感、第二復(fù)用電感、第一濾波電容的公共端連接，蓄電池負(fù)極與第一濾波電容和第二開關(guān)管發(fā)射極的公共端連接之后，經(jīng)雙向DC/DC全橋電路、BUS直流母線、雙向DC/AC全橋電路和并離網(wǎng)切換電路與電網(wǎng)連接；蓄電池與雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路、雙向DC/AC全橋電路、并離網(wǎng)切換電路和電網(wǎng)形成并網(wǎng)充放電回路；蓄電池依次與雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路、雙向DC/AC全橋電路、并離網(wǎng)切換電路和負(fù)載連接，形成敏感負(fù)載供電電路；太陽能電池板、光伏輸入BOOST升壓電路與雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路和蓄電池依次連接形成光伏充電電路；太陽能電池板、光伏輸入BOOST升壓電路與雙向DC/AC全橋電路、并離網(wǎng)切換電路和電網(wǎng)或負(fù)載依次連接，形成光伏并離網(wǎng)發(fā)電電路。
中央控制微處理器對雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路、雙向DC/DC全橋電路、雙向DC/AC全橋電路、光伏輸入BOOST升壓電路和并離網(wǎng)切換電路進(jìn)行控制，根據(jù)電網(wǎng)、蓄電池、太陽能電池板的狀態(tài)，使變流器工作在并離網(wǎng)發(fā)電或者蓄電池放電或者蓄電池充電的模式下。
所述的雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路在放電模式下形成BOOST升壓電路，在充電模式下形成BUCK降壓電路。
所述的雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第一復(fù)用電感、第二復(fù)用電感和第一濾波電容、第二電容。第一開關(guān)管的發(fā)射極與第四開關(guān)管集電極連接，第一開關(guān)管和第四開關(guān)管組合形成一個(gè)單橋臂結(jié)構(gòu)；第一復(fù)用電感的一端與第一開關(guān)管的發(fā)射極和第四開關(guān)管集電極連接，第一復(fù)用電感的另一端與蓄電池的正極連接，第一開關(guān)管的集電極與第二電容的一端連接，第二電容的另一端與第四開關(guān)管的發(fā)射極連接，蓄電池負(fù)極與第二開關(guān)管發(fā)射極、第四開關(guān)管發(fā)射極連接，第一開關(guān)管和第四開關(guān)管的控制端與中央控制微處理器的輸出端連接；第三開關(guān)管的發(fā)射極與第二開關(guān)管集電極連接組合形成一個(gè)單橋臂結(jié)構(gòu)，第二復(fù)用電感的一端與第三開關(guān)管的發(fā)射極和第二開關(guān)管集電極連接，第二復(fù)用電感的另一端與蓄電池的正極連接，第三開關(guān)管的集電極與第二電容和第一開關(guān)管的集電極的公共端連接，第二開關(guān)管的發(fā)射極與第四開關(guān)管的發(fā)射極和第一濾波電容的公共端連接，第三開關(guān)管和第二開關(guān)管的控制端與中央控制微處理器的輸出端連接。
所述的雙向DC/DC全橋變換器在放電模式下，高頻隔離變壓器原邊側(cè)開關(guān)管工作模式為固定占空比開關(guān)動作、副邊側(cè)開關(guān)管工作模式為不控整流模式；充電模式下高頻隔離變壓器原邊側(cè)開關(guān)管工作模式為不控整流、副邊側(cè)開關(guān)管工作模式為固定占空比開關(guān)動作。
所述的雙向DC/DC全橋變換器包括第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管、第八開關(guān)管、第九開關(guān)管、第十開關(guān)管、第十一開關(guān)管、第十二開關(guān)管，以及高頻隔離變壓器。第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管、第八開關(guān)管組合形成全橋結(jié)構(gòu)，定義為高頻隔離變壓器原邊側(cè)全橋，第九開關(guān)管、第十開關(guān)管、第十一開關(guān)管、第十二開關(guān)管組合形成全橋結(jié)構(gòu)，定義為高頻隔離變壓器副邊側(cè)全橋。
所述的雙向DC/AC全橋電路在放電模式下處于逆變狀態(tài)，在充電模式下為整流狀態(tài)。
所述的雙向DC/AC全橋電路包括第十三開關(guān)管、第十四開關(guān)管、第十五開關(guān)管、第十六開關(guān)管和兩個(gè)濾波電感。上述四個(gè)開關(guān)管組成全橋結(jié)構(gòu)，第十三開關(guān)管、第十五開關(guān)管集電極連接至直流母線的正極，第十四開關(guān)管、第十六開關(guān)管的發(fā)射極連接至直流母線的負(fù)極，第三濾波電感的一端連接在第十三開關(guān)管的發(fā)射極與第十四開關(guān)管集電極之間，第三濾波電感的另一端與第一繼電器和第二繼電器的公共點(diǎn)的L極連接，第四濾波電感的一端連接在第十五開關(guān)管的發(fā)射極與第十六開關(guān)管集電極之間，第四濾波電感的另一端與第一繼電器和第二繼電器的公共點(diǎn)的N極連接。
并離網(wǎng)切換電路用于連接變流器、電網(wǎng)和負(fù)載，實(shí)現(xiàn)變流器的并離網(wǎng)切換，由三只繼電器首尾相連組成，三只繼電器由連接處引出，分別與變流器、電網(wǎng)和負(fù)載連接。第一繼電器和第二繼電器的公共點(diǎn)與變流器連接，第一繼電器和第三繼電器的公共點(diǎn)與負(fù)載連接，第二繼電器和第三繼電器的公共點(diǎn)與電網(wǎng)連接。
光伏輸入BOOST升壓電路包括第十七開關(guān)管、第一二級管、第十八開關(guān)管、第二二級管、升壓電感和電容，第十七開關(guān)管的集電極與第二二極管的陽極連接組合形成一個(gè)單橋臂結(jié)構(gòu)，第十八開關(guān)管的集電極與第一二極管的陽極連接組合形成一個(gè)單橋臂結(jié)構(gòu)，第六升壓電感的一端連接在第十七開關(guān)管的集電極極與第二二極管的陽極之間，第五升壓電感的一端連接在第十八開關(guān)管的集電極極與第一二極管的陽極之間，第十八開關(guān)管的發(fā)射極與第一二極管的陰極之間連接電容，兩個(gè)升壓電感的另一端分別與太陽能電池板連接。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的電氣結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路、高頻隔離變壓器雙向DC/DC全橋電路、BUS直流母線、雙向DC/AC全橋電路、光伏輸入BOOST升壓電路和并離網(wǎng)切換電路。蓄電池正極與第一復(fù)用電感、第二復(fù)用電感、第一濾波電容的公共端連接，蓄電池負(fù)極與第一濾波電容和第二開關(guān)管發(fā)射極的公共端連接之后經(jīng)雙向DC/DC全橋電路、BUS直流母線、雙向DC/AC全橋電路和并離網(wǎng)切換電路與電網(wǎng)連接；蓄電池與雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路、雙向DC/AC全橋電路、并離網(wǎng)切換電路和電網(wǎng)形成并網(wǎng)充放電回路；蓄電池依次與雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路、雙向DC/AC全橋電路、并離網(wǎng)切換電路和負(fù)載連接，形成敏感負(fù)載供電電路；太陽能電池板、光伏輸入BOOST升壓電路與雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路和蓄電池依次連接形成光伏充電電路；太陽能電池板、光伏輸入BOOST升壓電路與雙向DC/AC全橋電路、并離網(wǎng)切換電路和電網(wǎng)或負(fù)載依次連接，形成光伏并離網(wǎng)發(fā)電電路。
中央控制微處理器對雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路、雙向DC/DC全橋電路、雙向DC/AC全橋電路、光伏輸入BOOST升壓電路和并離網(wǎng)切換電路進(jìn)行控制，根據(jù)電網(wǎng)、蓄電池、太陽能電池板的狀態(tài)，使變流器工作在并離網(wǎng)發(fā)電或者蓄電池放電或者蓄電池充電的模式下。
所述的雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路包括兩路并聯(lián)的開關(guān)管半橋，以及兩個(gè)串聯(lián)在半橋中點(diǎn)與蓄電池正極之間的第一復(fù)用電感和第二復(fù)用電感，第一復(fù)用電感的一端與第一開關(guān)管的發(fā)射極和第四開關(guān)管集電極連接，第一復(fù)用電感的另一端與蓄電池的正極連接，第二復(fù)用電感的一端與第三開關(guān)管的發(fā)射極和第二開關(guān)管集電極連接，第二復(fù)用電感的另一端與蓄電池的正極連接；雙向DC/DC全橋電路包括并聯(lián)在第二電容兩端的全橋橋臂、并聯(lián)在第三電容兩端的全橋橋臂及高頻隔離變壓器；光伏輸入BOOST升壓電路包括第十七開關(guān)管、第十八開關(guān)管、第一二極管和第二二極管，以及由橋臂中點(diǎn)引出的第五升壓電感和第六升壓電感；雙向DC/AC全橋電路包括并聯(lián)于BUS直流母線的第四電容和全橋橋臂以及由橋臂中點(diǎn)引出的第三濾波電感和第四濾波電感，相線經(jīng)過交流側(cè)第三濾波電感和第四濾波電感，再通過由第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器組成的并、離網(wǎng)切換電路分別與電網(wǎng)和負(fù)載連接。
所述的雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路在放電模式下形成BOOST升壓電路，在充電模式下形成BUCK降壓電路，雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路用于放電模式下蓄電池電壓升壓與高頻隔離高頻隔離變壓器變比升壓結(jié)合實(shí)現(xiàn)與母線電壓的匹配，同時(shí)，充電模式下母線電壓通過高頻隔離變壓器與工作于BUCK模式的電路實(shí)現(xiàn)與蓄電池電壓的匹配。另外，上述雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路還可以調(diào)整因?yàn)樾铍姵爻浞烹婋妷悍秶煌?、高頻隔離變壓器漏感、占空比丟失等因素的造成的高頻隔離變壓器充放電狀態(tài)下原副邊電壓比的不一致；雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路還可以通過交錯(cuò)并聯(lián)的方式降低高頻隔離變壓器原邊側(cè)工作于低壓大電流模式下開關(guān)管的電流壓力；雙路交錯(cuò)BUCK/BOOST電路兩組開關(guān)管工作于交錯(cuò)開關(guān)的模式下，可以降低電路的紋波。
所述的雙向DC/AC全橋電路包括第十三開關(guān)管、第十四開關(guān)管、第十五開關(guān)管、第十六開關(guān)管和兩個(gè)濾波電感。上述四個(gè)開關(guān)管組成全橋結(jié)構(gòu)，第十三開關(guān)管、第十五開關(guān)管集電極連接至直流母線的正極，第十四開關(guān)管、第十六開關(guān)管的發(fā)射極連接至直流母線的負(fù)極，第三濾波電感的一端連接在第十三開關(guān)管的發(fā)射極與第十四開關(guān)管集電極之間，第三濾波電感的另一端與第一繼電器和第二繼電器的公共點(diǎn)的L極連接，第四濾波電感的一端連接在第十五開關(guān)管的發(fā)射極與第十六開關(guān)管集電極之間，第四濾波電感的另一端與第一繼電器和第二繼電器的公共點(diǎn)的N極連接。雙向DC/AC電路可以工作于逆變模式也可以工作于整流模式，通過電路的復(fù)用簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了電路成本。
并離網(wǎng)切換電路由三只繼電器組成，三只繼電器首尾相連，由連接處引出分別與變流器、電網(wǎng)和負(fù)載連接。第一繼電器和第二繼電器的公共點(diǎn)與雙向DC/AC全橋電路連接，第一繼電器和第三繼電器的公共點(diǎn)與負(fù)載連接，第二繼電器和第三繼電器的公共點(diǎn)與電網(wǎng)連接。
上述并離網(wǎng)切換電路用來連接變流器、電網(wǎng)和負(fù)載，實(shí)現(xiàn)變流器的并離網(wǎng)切換。變流器、電網(wǎng)、負(fù)載為“Δ”型連接關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)三端中任意兩端通過一個(gè)繼電器連接，簡化了電路結(jié)構(gòu)及降低了并離網(wǎng)切換過程的復(fù)雜程度。
光伏輸入BOOST升壓電路包括第十七開關(guān)管、第一二級管、第十八開關(guān)管、第二二級管、第五升壓電感、第六升壓電感和第五電容，第十七開關(guān)管的集電極與第二二極管的陽極連接組合形成一個(gè)單橋臂結(jié)構(gòu)，第十八開關(guān)管的集電極與第一二極管的陽極連接組合形成一個(gè)單橋臂結(jié)構(gòu)，第六升壓電感的一端連接在第十七開關(guān)管的集電極極與第二二極管的陽極之間，第五升壓電感的一端連接在第十八開關(guān)管的集電極極與第一二極管的陽極之間，第五升壓電感和第六升壓電感的另一端分別與兩組太陽能電池板的正極連接，第五電容的一端與第十七開關(guān)管的發(fā)射極和第十八開關(guān)管的發(fā)射極的公共端連接，第五電容的另一端與第一二極管的陰極和第二二極管的陰極的公共端連接，兩組太陽能電池板的負(fù)極均與第十七開關(guān)管的發(fā)射極、第十八開關(guān)管的發(fā)射極連接。，兩個(gè)升壓電感的另一端分別與太陽能電池板連接。