[发明专利]一种直流电力弹簧拓扑及其控制方法

摘要

本发明公开了一种直流电力弹簧拓扑及其控制方法。其中，关键负载和非关键负载的定义与当前的交流ES类似。DCES采用了能量双向的DC/DC变换器实现，同时还采用了直流变压器的概念，改变了当前交流ES中非关键负载的位置，以实现非关键负载的电压单调地随着电网电压的变化而变化。当可再生能源发电输出的直流电压偏离正常值时，DCES既能保证关键负载电压精确地跟随给定值，又能将输入直流电压的波动转移给非关键负载，从而实现电压和功率的自动平衡。本发明特别适用于屋顶光伏发电系统和小型风力发电系统，对于直流电力系统及直流微电网的电压稳定显得尤为重要。采用本发明后，普通用户可以直接使用自身发电给关键负载供电。

主权项

一种直流电力弹簧拓扑的控制方法，其特征在于：直流电力弹簧拓扑包括一个双向DC/DC变换器、一个单向DC/DC变换器、第一单相H桥、第二单相H桥、第一滤波电容、第二滤波电容以及直流源；所述双向DC/DC变换器的输入连接直流源，所述双向DC/DC变换器的输出并联第一滤波电容，同时所述双向DC/DC变换器的正输出端连接电阻以及关键负载的一端，所述电阻的另一端连接可再生能源发电输出的直流电正极，所述关键负载的另一端与可再生能源发电输出的直流电负极，所述关键负载两端并联第三滤波电容；所述单向DC/DC变换器的输入连接第一单相H桥的输出，所述单向DC/DC变换器的输出并联第二滤波电容并连接第二单相H桥的输入；所述第一单相H桥的一个输入端同时连接所述直流源的负极以及所述双向DC/DC变换器的负输出端，所述第一单相H桥的另一个输入端连接可再生能源发电输出的直流电负极；非关键负载连接在所述双向DC/DC变换器的正输出端与单向DC/DC变换器的一个输出端之间，所述单向DC/DC变换器的另一个输出端连接可再生能源发电输出的直流电负极；所述双向DC/DC变换器包括第一开关管Q1、第二开关管Q2以及第一电感L1，所述第一电感L1的一端同时连接第一开关管Q1的漏极和第二开关管Q2的源极；所述第一电感L1的另一端以及第一开关管Q1的源极作为所述双向DC/DC变换器的输入，第一电感L1连接所述直流源的正极，第一开关管Q1的源极连接所述直流源的负极；所述第一滤波电容连接在第一开关管Q1的源极和第二开关管Q2的漏极之间，第二开关管Q2的漏极和第一滤波电容的公共点作为双向DC/DC变换器的正输出端，第一开关管Q1的源极和所述第一滤波电容的公共点作为双向DC/DC变换器的负输出端；包括对双向DC/DC变换器的控制，对单向DC/DC变换器的控制以及对所述第一单相H桥和第二单相H桥的控制；其中，所述双向DC/DC变换器的控制包括如下步骤：1），采集关键负载两端电压VC，并采集经过第一开关管Q1的电流iQ1，以及经过第二开关管Q2的电流iQ2；2），将所述关键负载两端电压VC与其参考值VC_ref作差得到误差值E1；3），将所述误差值E1经过比例积分控制，其输出值经过限幅后再减去所述电流iQ1得到差值X1；4），将所述误差值E1的相反值‑E1经比例积分控制，其输出值经过限幅后再减去所述电流iQ2得到差值X2；5），将所述差值X2逻辑取反之后再跟所述差值X1进行逻辑与，其结果作为所述第一开关管Q1的驱动信S1；6），将所述差值X1逻辑取反之后再跟所述差值X2进行逻辑与，其结果作为所述第二开关管Q2的驱动信S2；控制所述第一单相H桥使得输入所述单向DC/DC变换器的电压信号始终为正电压，控制所述单向DC/DC变换器使得其输出信号和输入信号幅值相同，控制所述第二单相H桥使得：当可再生能源发电输出的直流电的电压大于额定电压值时，所述第二单相H桥与关键负载连接的输出端的电位高于所述第二单相H桥与非关键负载连接的输出端的电位；当可再生能源发电输出的直流电的电压小于额定电压值时，所述第二单相H桥与关键负载连接的输出端的电位低于所述第二单相H桥与非关键负载连接的输出端的电位。