光儲電解電源系統(tǒng)及其控制方法

1025 編輯：中冶有色技術網來源：湖南科技大學

2024-05-21 14:48:59

權利要求書： 1.一種光儲電解電源系統(tǒng)，其特征在于，包括：

光伏發(fā)電系統(tǒng)，其包括光伏電池陣列和Boost升壓斬波電路，該光伏電池陣列的輸出端與Boost升壓斬波電路的輸入端相連；

儲能電池組，其包括多個串并聯的儲能電池單元；

DC/DC變流器，其包括多個并聯的Buck電路模塊；

所述Boost升壓斬波電路的輸出端依次通過固態(tài)開關Q1和固態(tài)開關Q2與儲能電池組的正負極相連，所述Boost升壓斬波電路的輸出端依次通過固態(tài)開關Q1和固態(tài)開關Q3與DC/DC變流器的高壓側正負極相連，所述DC/DC變流器的低壓側接負載R；在光照條件滿足光伏電池發(fā)電要求時，電源系統(tǒng)控制器發(fā)出驅動信號控制固態(tài)開關Q1導通，為儲能電池組和DC/DC變流器做好供電準備，否則控制固態(tài)開關Q1斷開；當銅箔電解或鋁電解生產工作啟動時，電源系統(tǒng)控制器發(fā)出驅動信號控制固態(tài)開關Q2和固態(tài)開關Q3導通，光伏發(fā)電系統(tǒng)與儲能電池組共同為DC/DC變流器供電，儲能電池組起穩(wěn)定電壓和儲存剩余電能的作用；儲能電池組的端電壓高于額定電壓10％或低于時額定電壓70％時，電源系統(tǒng)控制器發(fā)出驅動信號控制固態(tài)開關Q3斷開。

2.根據權利要求1所述的光儲電解電源系統(tǒng)，其特征在于，所述Buck電路模塊采用Buck斬波器。

3.根據權利要求1所述的光儲電解電源系統(tǒng)，其特征在于，還包括光伏發(fā)電控制系統(tǒng)和DC/DC變流器控制系統(tǒng)，該光伏發(fā)電控制系統(tǒng)用于對儲能電池組的端口電壓進行穩(wěn)定控制，所述DC/DC變流器控制系統(tǒng)用于對Buck電路模塊的輸出電流進行控制。

4.根據權利要求3所述的光儲電解電源系統(tǒng)，其特征在于，所述光伏發(fā)電控制系統(tǒng)對Boost升壓斬波電路中的功率開關P的通斷進行控制，用于對儲能電池組的端口電壓進行穩(wěn)定控制。

5.根據權利要求3所述的光儲電解電源系統(tǒng)，其特征在于，所述DC/DC變流器控制系統(tǒng)對Buck電路模塊中的功率開關i的通斷進行控制，用于對Buck電路模塊的輸出電流進行穩(wěn)定控制。

6.一種如權利要求1?5任一項所述光儲電解電源系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括：

通過Boost升壓斬波電路中的功率開關P的通斷，穩(wěn)定控制光伏發(fā)電系統(tǒng)中Boost升壓斬波電路的輸出電壓；

通過Buck電路模塊中的功率開關i的通斷，對DC/DC變流器中Buck電路模塊的輸出電流均流控制。

7.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于，穩(wěn)定控制光伏發(fā)電系統(tǒng)中Boost升壓斬波電路的輸出電壓，具體為：將實時檢測到的輸出電壓與給定的電壓參考值Udc比較，然后經過PI控制器得到控制電壓U，控制電壓U經PWM調制器產生Boost升壓斬波電路中功率開關P的驅動信號。

8.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于，對DC/DC變流器中Buck電路模塊的輸出電流均流控制，具體為：將實時檢測到的負載總電流根據Buck電路模塊并聯數量n進行均分計算，然后將均分計算結果作為每個Buck電路模塊的電流參考值再將實時檢測到的各Buck電路模塊輸出電流Ii，i＝1,…n，與電流參考值比較，電流比較誤差經過PI控制器得到電流控制量i’i，最后經PWM調制器產生驅動各Buck電路模塊中功率開關i的驅動信號。

9.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于，Boost升壓電路對儲能電池組的充電采用自平衡方式。

說明書：一種光儲電解電源系統(tǒng)及其控制方法技術領域[0001] 本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)技術領域，具體涉及一種用于光儲電解電源系統(tǒng)及其控制方法。背景技術[0002] 隨著社會與經濟發(fā)展的加快，全球能源消耗量越來越大，如何充分利用光伏發(fā)電等清潔能源和提高用電設備的電能變換效率越來越重要。目前，電解銅箔、電解鋁、電鍍等企業(yè)的生產中大量使用的電解電源存在多個電能變換環(huán)節(jié)，導致電解電源系統(tǒng)產生較大的電能變換損耗。此外，目前已有的光伏發(fā)電系統(tǒng)幾乎都將輸出的直流電能轉換為交流電能后送入電網，然后再由用電設備將交流電能轉換成符合自己需要的電能形式，由于經過了多個電能變換環(huán)節(jié)，能源轉換效率降低，能源利用效率不高。發(fā)明內容[0003] 本發(fā)明提供一種光儲電解電源系統(tǒng)及其控制方法，將光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電能經過較少電能變換環(huán)節(jié)后直接用于電解銅箔、電解鋁及電鍍等直流電用電企業(yè)，能夠提高能源利用效率和降低企業(yè)生產成本。[0004] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：[0005] 一種光儲電解電源系統(tǒng)，包括：[0006] 光伏發(fā)電系統(tǒng)，其包括光伏電池陣列和Boost升壓斬波電路，該光伏電池陣列的輸出端與Boost升壓斬波電路的輸入端相連；[0007] 儲能電池組，其包括多個串并聯的儲能電池單元；[0008] DC/DC變流器，其包括多個并聯的Buck電路模塊。[0009] 進一步地，所述Boost升壓斬波電路的輸出端依次通過固態(tài)開關Q1和固態(tài)開關Q2與儲能電池組的正負極相連，所述Boost升壓斬波電路的輸出端依次通過固態(tài)開關Q1和固態(tài)開關Q3與DC/DC變流器的高壓側正負極相連，所述DC/DC變流器的低壓側接負載R。[0010] 優(yōu)選地，所述Buck電路模塊采用Buck斬波器。[0011] 進一步地，還包括光伏發(fā)電控制系統(tǒng)和DC/DC變流器控制系統(tǒng)，該光伏發(fā)電控制系統(tǒng)用于對儲能電池組的端口電壓進行穩(wěn)定控制，所述DC/DC變流器控制系統(tǒng)用于對的Buck電路模塊的輸出電流進行控制。[0012] 優(yōu)選地，所述光伏發(fā)電控制系統(tǒng)對Boost升壓斬波電路中的功率開關P的通斷進行控制，用于對儲能電池組的端口電壓進行穩(wěn)定控制。[0013] 優(yōu)選地，所述DC/DC變流器控制系統(tǒng)對Buck電路模塊中的功率開關i的通斷進行控制，用于對Buck電路模塊的輸出電流進行穩(wěn)定控制。[0014] 一種光儲電解電源系統(tǒng)的控制方法，包括：[0015] 通過功率開關P的通斷，穩(wěn)定控制光伏發(fā)電系統(tǒng)中Boost升壓斬波電路的輸出電壓；[0016] 通過功率開關i的通斷，均流控制DC/DC變流器中Buck電路模塊的輸出電流。[0017] 其中，穩(wěn)定控制光伏發(fā)電系統(tǒng)中Boost升壓斬波電路的輸出電壓，具體為：[0018] 將實時檢測到的輸出電壓與給定的電壓參考值Udc比較，然后經過PI控制器得到控制電壓U，控制電壓U經PWM調制器產生Boost升壓斬波電路中功率開關P的驅動信號。[0019] 其中，均流控制DC/DC變流器中Buck電路模塊的輸出電流，具體為：[0020] 將實時檢測到的負載總電流根據Buck電路模塊并聯數量n進行均分計算，然后將均分計算結果作為每個Buck電路模塊的電流參考值再將實時檢測到的各Buck電路模塊輸出電流Ii(i＝1,…n)與電流參考值比較，電流比較誤差經過PI控制器得到電流控制量i’i，最后經PWM調制器產生驅動各Buck電路模塊中功率開關i的驅動信號。[0021] 由以上技術方案可知，本發(fā)明光儲電解電源系統(tǒng)通過DC/DC變流器將光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電直接轉換成符合電解銅箔等生產要求的直流電能，減少了電能變換環(huán)節(jié)導致的電能損耗；同時，儲能電池組在光伏發(fā)電量過剩和不足時通過自平衡充放電方式維持負載供電穩(wěn)定，提高生產效率。附圖說明[0022] 圖1為本發(fā)明光儲電解電源系統(tǒng)的拓撲結構原理圖；[0023] 圖2為光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的原理圖；[0024] 圖3為DC/DC變流器控制系統(tǒng)的原理圖。具體實施方式[0025] 下面結合附圖對本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式作詳細的說明。[0026] 如圖1所示，光儲電解電源系統(tǒng)的拓撲結構包括光伏發(fā)電系統(tǒng)1、儲能電池組2和DC/DC變流器3三部分，其中儲能電池組由多個串并聯的儲能電池單元構成。[0027] 所述光伏發(fā)電系統(tǒng)1包括光伏電池陣列11和Boost升壓斬波電路12，該光伏電池陣列的輸出端與Boost升壓斬波電路的輸入端相連。[0028] 所述光伏電池陣列11根據用戶安裝總容量確定光伏電池板總數量，根據Boost升壓斬波電路的輸入?輸出電壓比及蓄電池組額定電壓確定每組光伏電池板串聯數量，再根據光伏電池板總容量和每組光伏電池板串聯數量確定光伏電池板并聯組數。[0029] 所述Boost升壓斬波電路12是一種常見的開關直流升壓電路，通過開關管導通和關斷來控制電感儲存和釋放能量，從而使輸出電壓比輸入電壓高，本實施例中開關管采用功率開關P。[0030] 所述DC/DC變流器3包括多個并聯的Buck電路模塊31，Buck電路是一種常見的降壓式變換電路，通過控制功率開關i的導通和關斷來實現充放電，本實施例中Buck電路模塊采用Buck斬波器。所述DC/DC變流器的低壓側接負載R，該負載R可以是銅電解槽、鋁電解槽等工業(yè)生產設備。[0031] 所述Boost升壓斬波電路12的輸出端依次通過固態(tài)開關Q1和固態(tài)開關Q2與儲能電池組的正負極相連，所述Boost升壓斬波電路的輸出端依次通過固態(tài)開關Q1和固態(tài)開關Q3與DC/DC變流器的高壓側正負極相連。在光照條件滿足光伏電池發(fā)電要求時，電源系統(tǒng)控制器發(fā)出驅動信號控制固態(tài)開關Q1導通，為儲能電池組2和DC/DC變流器3做好供電準備，否則控制固態(tài)開關Q1斷開；當銅箔電解或鋁電解等生產工作啟動時，電源系統(tǒng)控制器發(fā)出驅動信號控制固態(tài)開關Q2和固態(tài)開關Q3導通，光伏發(fā)電系統(tǒng)1與儲能電池組2共同為DC/DC變流器3供電，儲能電池組起穩(wěn)定電壓和儲存剩余電能的作用；從儲能電池組安全性和使用壽命角度考慮，儲能電池組1的端電壓高壓額定電壓10％或低于時額定電壓70％時，電源系統(tǒng)控制器發(fā)出驅動信號控制固態(tài)開關Q3端開。[0032] 本發(fā)明還可以通過控制系統(tǒng)對功率開關P和功率開關i的通斷進行調節(jié)，從而提供穩(wěn)定的電源電壓。[0033] 控制系統(tǒng)包括光伏發(fā)電控制系統(tǒng)和DC/DC變流器控制系統(tǒng)，該光伏發(fā)電控制系統(tǒng)采用最大功率跟蹤算法計算得到Boost升壓斬波電路的輸出電壓參考值，若該輸出電壓參考值大于儲能電池組最高充電電壓時，以儲能電池組最高充電電壓作為Boost升壓斬波電路的最終輸出電壓參考值否則，將最大功率跟蹤算法計算得到的輸出電壓參考值作為Boost升壓斬波電路的最終輸出電壓參考值然后根據儲能電池組端口電壓與Boost升壓斬波電路的最終輸出電壓參考值的偏差，經過PI控制器和PWM調制器產生功率開關P的控制信號，以維持儲能電池組端口電壓穩(wěn)定和保證儲能電池組安全。所述DC/DC變流器控制系統(tǒng)根據負載總電流和Buck電路模塊并聯數量n，經過平均化計算后得到每個Buck電路模塊的輸出電流參考值每個Buck電路模塊的輸出電流參考值與實時檢測得到的Buck電路模塊輸出電流比較后，經過PI控制器和PWM調制器產生對于Buck電路模塊的功率開關器件i的驅動信號，實現Buck電路模塊輸出電流的精確控制。[0034] 所述光伏發(fā)電控制系統(tǒng)通過控制功率開關P的通斷實現Boost升壓斬波電路輸出電壓的穩(wěn)定控制，為儲能電池組和DC/DC變流器提供穩(wěn)定電壓。Boost升壓斬波電路對儲能電池組的充電采用自平衡方式，因Boost升壓斬波電路輸出電壓恒定，當儲能電池組電壓下降時則可由Boost升壓斬波電路自然完成充電過程。DC/DC變流器控制系統(tǒng)通過控制各Buck電路模塊中功率開關器件i的通斷實現輸出電流的均流控制。[0035] 本發(fā)明還提供一種光儲電解電源系統(tǒng)的控制方法，包括：[0036] 通過功率開關P的通斷，穩(wěn)定控制光伏發(fā)電系統(tǒng)中Boost升壓斬波電路的輸出電壓；通過功率開關i的通斷，均流控制DC/DC變流器中Buck電路模塊的輸出電流。[0037] 如圖2所示，穩(wěn)定控制光伏發(fā)電系統(tǒng)中Boost升壓斬波電路的輸出電壓控制方法，具體為：[0038] 將實時檢測到的輸出電壓與給定的電壓參考值Udc比較，然后經過PI控制器得到控制電壓U，控制電壓U經PWM調制器產生Boost升壓斬波電路中功率開關P的驅動信號。[0039] 如圖3所示，均流控制DC/DC變流器中Buck電路模塊的輸出電流控制方法，具體為：[0040] 將實時檢測到的負載總電流根據Buck電路模塊并聯數量n進行均分計算，然后將均分計算結果作為每個Buck電路模塊的電流參考值再將實時檢測到的各Buck電路模塊輸出電流Ii(i＝1,…n)與電流參考值比較，電流比較誤差經過PI控制器得到電流控制量i’i，最后電流控制量i’i經PWM調制器產生各Buck電路模塊中功率開關i的驅動信號，該驅動信號的占空比由PI控制器實時調節(jié)，則每個Buck電路模塊的輸出電壓可以由PI控制器實現精確控制，當每個Buck電路模塊的輸出電流與電流參考值保持一致時，DC/DC變流器的總輸出電流即可達到控制要求，實現模塊化大電流控制。[0041] 以上所述實施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內。