一種新型獨立太陽能發(fā)電系統(tǒng)充放電電路拓撲

3 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)及其控制方案

對于上述問題，本文提出了一種新型充放電電路拓撲，采用動態(tài)功率跟蹤匹配法加以控制。即根據(jù)實時功率差，動態(tài)地匹配充放電的蓄電池容量(蓄電池個數(shù))，也就是動態(tài)地變換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)最佳充放電。系統(tǒng)電路如圖4所示，光伏電池經(jīng)DC/DC變換器與負載和充電電路相連。負載可以變化。充電電路由直流母線和多個蓄電池充電單元組成，每個充放電單元包括雙向DC/DC變換電路H_n和蓄電池B_n兩部分。雙向DC/DC變換電路如圖5所示，蓄電池側(cè)為低壓側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)升壓和降壓[6]。該雙向變換電路能實現(xiàn)高低壓側(cè)的有效電氣隔離，效率高，控制靈活。與傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)運行靈活，高效可靠，整體壽命得到提高；另一個很大的優(yōu)點是，容易進行規(guī)模擴充，易實現(xiàn)模塊化系統(tǒng)集成，能夠較好地解決蓄電池在目前的光伏發(fā)電系統(tǒng)中所面臨的問題。由于蓄電池組容量是可以靈活變化的，所以，需要擴充規(guī)模時，只需增加光伏電池板、增加并聯(lián)的DC/DC變換器數(shù)目、增加蓄電池充電單元、更改控制軟件程序即可。

圖4 系統(tǒng)電路圖

圖5 雙向DC/DC變換器

本系統(tǒng)真正實現(xiàn)了在光伏電池最大功率輸出下對蓄電池進行最佳充放電。由圖1可看出，光伏電池的最大功率點電壓、電流在不同的情況下是變化的。所以，在負載不變的情況下，就需要系統(tǒng)同時調(diào)節(jié)充電電流來協(xié)調(diào)光伏電池最大功率跟蹤，這樣才能實現(xiàn)光伏電池最大功率輸出。為了實現(xiàn)光伏電池最大功率輸出時對蓄電池進行最佳充放電，負載確定后，控制器同時同方向調(diào)整DC/DC變換器和充電器的占空比D，實現(xiàn)最佳充電，也使放電的蓄電池按最佳放電電流放電。在光伏電池運行于最大功率點的前提下，本系統(tǒng)方案包括：

1）規(guī)定負載的最高限值，保證蓄電池能完成晚間或陰天的單獨供電。

2）充電時，同時調(diào)節(jié)光伏工作點跟蹤DC/DC變換器和雙向DC/DC變換器，由其動態(tài)地確定需充電蓄電池數(shù)；

3）放電時，同樣要判斷光伏輸出功率和負載功率的最大差，以此來確定參加放電的蓄電池數(shù)；

4）充放電都要維持蓄電池的最佳充放電模式。

從圖4可以看出，直流母線電壓和DC/DC變換器輸出電壓及負載輸入電壓相等，總充放電電流i_c為DC/DC變換器輸出電流與負載電流之差。設(shè)DC/DC變換器輸出電壓u_o，輸出電流i_o，輸出功率p_o，負載電流i_L，負載功率p_L，總充電電流i_c，各充放電單元高壓側(cè)電流i_cn，低壓側(cè)電流i_cn′，蓄電池電壓u_Bn，（n為充放電單元的個數(shù)），則

P_o=u_oi_o，P_L=u_oi_L（1）

i_c=i_o－i_L=i_cn（2）

另外，對于雙向DC/DC變換器，由功率守恒得出

u₁i₁=u₂i₂（3）

又占空比D=t_on/T，則

（4）

i_cn=i₁=i₂=i_cn′（5）

i_c=i_cn′（6）

式中：D_n為第n個充電器的開關(guān)占空比，充電時為高壓側(cè)開關(guān)，放電時為低壓側(cè)開關(guān)。