[发明专利]一种光伏储能系统的能量管理与控制装置

说明书

本发明公开了一种光伏储能系统的能量管理与控制装置，包括双输入双输出变换器和控制电路；双输入双输出变换器由双管Buck‑Boost变换器衍生，双管Buck‑Boost变换器的输入端与光伏组件连接，输出端与负载连接。同时，为了克服光伏组件的输出功率存在波动的特点，在双管Buck‑Boost变换器的输入侧与输出侧分别增加一条支路，并连接至储能单元，其中，输入侧的支路控制储能单元放电，输出侧的支路控制储能单元充电。控制电路包括MPPT控制单元、误差放大器EA、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、脉冲调制单元、多路选择单元和模式切换控制单元。本发明结构简单、成本低廉、功率密度高、系统效率高并且能够同时实现光伏组件的最大功率点跟踪控制和负载的输出恒压控制。

技术领域

本发明涉及光伏储能系统技术领域，特别是一种光伏储能系统的能量管理与控制装置。

背景技术

近年来，随着环境污染和能源危机问题的加剧，以太阳能为代表的新能源发电技术成为研究热点。由于光伏(Photovoltaic,PV)阵列的输出特性与光照、温度等环境因素密切相关，不同环境条件下光伏阵列的输出特性具有随机性和波动性，因此，在独立光伏发电系统中必须配备储能单元来存储和调节电能，以满足用电负载对供电连续性和稳定性的要求。传统的光伏储能系统需要一个单向DC-DC变换器与光伏阵列连接并实现最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制，一个单向DC-DC变换器为负载提供稳定的输出，同时需要一个双向DC-DC变换器与储能单元连接，来平衡负载与光伏阵列之间的功率平衡。这导致传统光伏储能系统的体积和成本较大，控制相对复杂，难以实现集中式控制。采用多端口变换器代替多个单输入单输出变换器，能够极大地减小系统的成本和提高系统的功率密度，且能够实现集中式控制，控制电路设计更加灵活，引起了研究者的广泛关注。研究者提出了一系列多端口变换器拓扑，主要分为隔离型和非隔离性，隔离型多端口变换器主要由半桥变换器、全桥变换器衍生，其特点是功率等级高、能实现电气隔离等，非隔离型多端口变换器一般由基本的Buck、Boost、Buck-Boost变换器衍生，相比于隔离型多端口变换器，非隔离型多端口变换器具有更高的功率密度，且设计更简单。然而，现有的非隔离型多端口变换器一般都包括多个电感，系统体积大，无法实现分时控制。

对基于多端口变换器的独立光伏储能系统的端口间能量管理和控制是保证整个系统稳定运行的关键，现有的控制方法主要包括两种类型。一种是采用多环路竞争机制实现对系统的控制和能量管理，这种方法无法同时实现光伏组件的最大功率输出和负载电压的恒定。另一种方法是采用电压型集中式控制，其原理是通过复杂的调制实现系统的能量管理与控制，这种方法设计复杂，且系统的调节范围较窄，无法适用于输入或负载剧烈变化的场合。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏储能系统的能量管理与控制装置。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种光伏储能系统的能量管理与控制装置，包括双输入双输出变换器和控制电路；