CN105186672A - 一种混合式的电路拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混合式的电路拓扑结构，包括升压变换器，光伏电池板与升压变换器的输入相连，升压变换器输出与直流母线相连接；电池与双向变换器的输入端相连，双向变换器的输出通过电子开关与直流母线相连接；光伏电池板的正极与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与电子开关连接；逆变器直流侧与直流母线相连接，逆变器的交流侧与电网以及负载连接。本发明实现了光伏电池板给电池充电仅有一级电路，同时光伏电池板单独给电网或者负载供电时，仅由两级电路结构组成，发电效率高，能够有效提高***的转换效率，提高多种输入的电力电子***的功率密度，同时降低***的成本。

Description

一种混合式的电路拓扑结构
技术领域
本发明涉及一种混合式的电路拓扑结构，属于电力电子技术领域。
背景技术
光伏发电与电池储能配合使用，能够实现稳定可靠的电力输出，既能够解决偏远地区的用电问题，又能够有效的满足发达地区的用电缺口，减少碳排放，改善空气污染。所以，混合式的***逐渐兴起，受到广泛关注。
在光伏、储能混合输入的***中，混合式的逆变器是实现稳定可靠的电力输出的关键因素。目前的混合式的逆变器通常采用的电路结构如图1所示，是在现有的两级式的光伏逆变器的基础上，增加一个带MPPT(最大功率跟踪)的光伏充电器。其中光伏电池板给电池充电由一级Buck电路完成，电池放电由两级电路结构完成(Boost升压电路+INV逆变电路)，电池的充放电综合效率高，但是，光储混合输入的***中，大部分时间工作在光伏单独给电网或者负载供电的模式，图1的电路结构，在光伏给电网供电时，通过三级的电路结构完成此功能(Buck电路+Boost升压电路+INV逆变电路)，发电效率非常低。同时，三级的工作模式也使得***控制变得比较复杂，不容易稳定工作。
图2是另一种混合式的逆变器通常采用的电路结构，是在现有的多MPPT两级式的光伏逆变器的基础上，将其中一个Boost升压电路更改为双向变换器。其中，光伏电池板单独给电网或者负载供电时，仅有两级电路结构组成(Boost升压电路+INV逆变电路)，发电效率高。但是，光伏电池板给电池充电有两级电路组成(Boost升压电路+Buck降压电路)，电池放电也有两级电路结构(Boost升压电路+INV逆变电路)，电池充放电综合效率比较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于光伏、储能混合输入***的，能够同时实现光伏发电高效率以及电池充放电高的综合转换效率，同时控制方式比较简单的混合式的电路拓扑结构。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种混合式的电路拓扑结构，其特征在于：包括升压变换器，光伏电池板与升压变换器的输入相连，升压变换器输出与直流母线相连接；电池与双向变换器的输入端相连，双向变换器的输出通过电子开关与直流母线相连接；光伏电池板的正极与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与电子开关连接；逆变器直流侧与直流母线相连接，逆变器的交流侧与电网以及负载连接。
优选地，所述电子开关为二极管D2，二极管D2的阳极与所述双向变换器及二极管D1的阳极连接，二极管D2的阴极与所述直流母线连接。
优选地，所述光伏电池板通过二极管D1以及双向变换器对电池进行充电；电池通过双向变换器、二极管D2以及逆变器，对电网以及负载进行放电；光伏电池板通过升压变换器以及逆变器，对电网以及负载提供能量；逆变器统一协调电池充放电的功率以及光伏电池板的输出功率。
优选地，所述电子开关为双向电子开关Q1。
优选地，所述双向电子开关Q1为带反并联二极管的MOSFET管，MOSFET管的源极与所述二极管D1的阴极及所述双向变换器连接，MOSFET管的漏极与所述直流母线连接。
优选地，所述光伏电池板通过二极管D1以及双向变换器对电池进行充电，在此过程中关断MOSFET管，此时光伏电池板通过升压变换器以及逆变器，对电网以及负载也可以提供能量；通过双向变换器、MOSFET管以及逆变器对电池进行放电，在此过程中导通MOSFET管。
优选地，导通MOSFET管，也可以由电网通过逆变器、MOSFET管、双向变换器对电池进行充电。
优选地，所述双向电子开关Q1为带反并联二极管的IGBT管，IGBT管的发射机极与所述二极管D1的阴极及所述双向变换器连接；IGBT管的集电极与所述直流母线连接。
优选地，所述光伏电池板通过IGBT管以及双向变换器对电池进行充电，在此过程中关断IGBT管，此时光伏电池板通过升压变换器以及逆变器，对电网以及负载也可以提供能量；通过双向变换器、IGBT管以及逆变器对电池进行放电，在此过程中导通IGBT管。
优选地，导通IGBT管，也可以由电网通过逆变器、IGBT管、双向变换器对电池进行充电。
本发明提供的电路拓扑结构，实现了光伏电池板给电池充电仅有一级电路，电池充放电综合效率得到了有效的提升。同时，光伏电池板单独给电网或者负载供电时，仅由两级电路结构组成(Boost升压电路+INV逆变电路)，发电效率高，实现了混合式逆变器各个工作模式效率的最优。能够有效提高***的转换效率，提高多种输入的电力电子***的功率密度，同时降低***的成本。
附图说明
图1为混合式的逆变器通常采用的一种电路结构示意图；
图2为混合式的逆变器通常采用的另一种电路结构示意图；
图3为实施例1提供的混合式的电路拓扑结构示意图；
图4为实施例2提供的混合式的电路拓扑结构示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以几个优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
图3为实施例1提供的混合式的电路拓扑结构示意图，所述的混合式的电路拓扑结构包括升压变换器、双向变换器、逆变器、二极管D1、二极管D2，光伏电池板与升压变换器的输入相连，升压变换器输出与直流母线(BUS+，BUS-)相连接；电池与双向变换器的输入端相连，双向变换器的输出通过二极管D2与直流母线(BUS+，BUS-)相连接；光伏电池板的正极与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极连接；逆变器直流侧与直流母线(BUS+，BUS-)相连接，逆变器的交流侧与电网、负载连接。
光伏电池板通过二极管D1以及双向变换器对电池进行充电；电池通过双向变换器、二极管D2以及逆变器，对电网以及负载进行放电，实现了三级电路完成电池的充放电，综合效率高；光伏电池板通过升压变换器以及逆变器，对电网以及负载提供能量，也实现了高的发电效率。逆变器统一协调电池充放电的功率以及光伏电池板的输出功率。
其中，升压变换器还可以是其它的直流转直流的变换器。
实施例2
图4为实施例2提供的混合式的电路拓扑结构示意图，它是在图3的基础上，将二极管D2更换为双向电子开关Q1，这个变化使得在图3的工作原理的基础上，电网也可以通过逆变器、双向电子开关Q1、双向变换器对电池进行充电。工作模式更加灵活、多样，能满足更多的应用需求。
双向电子开关Q1选用带反并联二极管的MOSFET管。
混合式的电路拓扑结构包括升压变换器、双向变换器、逆变器、二极管D1、带反并联二极管的MOSFET，光伏电池板与升压变换器的输入相连，升压变换器输出与直流母线(BUS+，BUS-)相连接；电池与双向变换器的输入端相连，双向变换器的输出通过MOSFET管与直流母线(BUS+，BUS-)相连接；光伏电池板的正极与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与MOSFET管的源极连接；MOSFET管的漏极与直流母线(BUS+，BUS-)相连，逆变器直流侧与直流母线(BUS+，BUS-)相连接，逆变器的交流侧与电网、负载连接。
光伏电池板通过二极管D1以及双向变换器对电池进行充电，在此过程中需要关断MOSFET管，实现直流母线电压与光伏电压的有效隔离，同时可以保证光伏电池板通过升压变换器以及逆变器，对电网以及负载也可以提供能量。通过双向变换器、MOSFET管以及逆变器对电池进行放电，可以导通MOSFET管，能够实现更高的电池放电效率。
其中，升压变换器还可以是其它的直流转直流的变换器。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于：将双向电子开关Q1选用带反并联二极管的IGBT管。
混合式的电路拓扑结构包括升压变换器、双向变换器、逆变器、二极管D1、带反并联二极管的IGBT管，光伏电池板与升压变换器的输入相连，升压变换器输出与直流母线(BUS+，BUS-)相连接；电池与双向变换器的输入端相连，双向变换器的输出通过IGBT管与直流母线(BUS+，BUS-)相连接；光伏电池板的正极与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与IGBT管的发射机极连接；IGBT管的集电极与直流母线(BUS+，BUS-)相连，逆变器直流侧与直流母线(BUS+，BUS-)相连接，逆变器的交流侧与电网、负载连接。
光伏电池板通过IGBT管以及双向变换器对电池进行充电，在此过程中需要关断IGBT管，实现直流母线电压与光伏电压的有效隔离，同时可以保证光伏电池板通过升压变换器以及逆变器，对电网以及负载也可以提供能量。通过双向变换器、IGBT管以及逆变器对电池进行放电，可以导通IGBT管，能够实现更高的电池放电效率。
其中，升压变换器还可以是其它的直流转直流的变换器。

Claims (10)

1.一种混合式的电路拓扑结构，其特征在于：包括升压变换器，光伏电池板与升压变换器的输入相连，升压变换器输出与直流母线相连接；电池与双向变换器的输入端相连，双向变换器的输出通过电子开关与直流母线相连接；光伏电池板的正极与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与电子开关连接；逆变器直流侧与直流母线相连接，逆变器的交流侧与电网以及负载连接。
2.如权利要求1所述的一种混合式的电路拓扑结构，其特征在于：所述电子开关为二极管D2，二极管D2的阳极与所述双向变换器及二极管D1的阳极连接，二极管D2的阴极与所述直流母线连接。
3.如权利要求2所述的一种混合式的电路拓扑结构，其特征在于：所述光伏电池板通过二极管D1以及双向变换器对电池进行充电；电池通过双向变换器、二极管D2以及逆变器，对电网以及负载进行放电；光伏电池板通过升压变换器以及逆变器，对电网以及负载提供能量；逆变器统一协调电池充放电的功率以及光伏电池板的输出功率。
4.如权利要求1所述的一种混合式的电路拓扑结构，其特征在于：所述电子开关为双向电子开关Q1。
5.如权利要求4所述的一种混合式的电路拓扑结构，其特征在于：所述双向电子开关Q1为带反并联二极管的MOSFET管，MOSFET管的源极与所述二极管D1的阴极及所述双向变换器连接，MOSFET管的漏极与所述直流母线连接。
6.如权利要求5所述的一种混合式的电路拓扑结构，其特征在于：所述光伏电池板通过二极管D1以及双向变换器对电池进行充电，在此过程中关断MOSFET管，此时光伏电池板通过升压变换器以及逆变器，对电网以及负载也可以提供能量；通过双向变换器、MOSFET管以及逆变器对电池进行放电，在此过程中导通MOSFET管。
7.如权利要求5所述的一种混合式的电路拓扑结构，其特征在于：导通MOSFET管，也可以由电网通过逆变器、MOSFET管、双向变换器对电池进行充电。
8.如权利要求4所述的一种混合式的电路拓扑结构，其特征在于：所述双向电子开关Q1为带反并联二极管的IGBT管，IGBT管的发射机极与所述二极管D1的阴极及所述双向变换器连接；IGBT管的集电极与所述直流母线连接。
9.如权利要求8所述的一种混合式的电路拓扑结构，其特征在于：所述光伏电池板通过IGBT管以及双向变换器对电池进行充电，在此过程中关断IGBT管，此时光伏电池板通过升压变换器以及逆变器，对电网以及负载也可以提供能量；通过双向变换器、IGBT管以及逆变器对电池进行放电，在此过程中导通IGBT管。
10.如权利要求8所述的一种混合式的电路拓扑结构，其特征在于：导通IGBT管，也可以由电网通过逆变器、IGBT管、双向变换器对电池进行充电。
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