[发明专利]一种光伏储能系统的能量管理与控制装置

摘要

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。

主权项

1.一种光伏储能系统的能量管理与控制装置，其特征在于，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包括双管Buck‑Boost变换器，其Buck端开关管为S1，Boost端开关管为S2，负载端开关管为S3；双管Buck‑Boost变换器的输入端和输出端分别连接至所述光伏储能系统的光伏组件PV和负载R；双输入双输出变换器还包括输出侧支路和输入侧支路；输出侧支路包括二极管D3和开关管S4，D3的正极连接至S2的漏极，D3的负极连接至S4的漏极，S4的源极连接至所述光伏储能系统的储能单元的正极；输入侧支路包括二极管D4和开关管S5，D4的负极连接至S1的源极，D4的正极连接至S5的源极，S5的漏极连接至所述光伏储能系统的储能单元的正极；储能单元的负极连接至S2的源极；所述控制电路包括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；MPPT控制单元的输入端分别输入光伏组件PV的输出电压Vpv和输出电流Ipv，输出端连接至CMP1的一个输入端，CMP1的另一个输入端输入双管Buck‑Boost变换器的电感电流iL；误差放大器EA的输入端分别输入双管Buck‑Boost变换器的输出电压Vo和电压参考值Vo_ref，输出端连接至CMP2的一个输入端，CMP2的另一个输入端输入双管Buck‑Boost变换器的电感电流iL；脉冲调制单元包括SR触发器2#、SR触发器3#、SR触发器4#、逻辑异或门XOR1、逻辑异或门XOR2、逻辑非门NO1、逻辑非门NO2和逻辑非门NO3；多路选择单元包括两路选择器MUX1、两路选择器MUX2、两路选择器MUX3和两路选择器MUX4；CMP1的输出端c1分别与SR触发器2#和SR触发器3#的复位端连接；CMP2的输出端c2与SR触发器3#的置位端连接，且c2经NO2后与SR触发器4#的复位端连接；时钟信号clk分别与SR触发器2#和SR触发器4#的置位端连接；SR触发器2#的输出端Q连接至S1的栅极，同时，SR触发器2#的输出端Q连接至XOR1的一个输入端，SR触发器3#的输出端Q连接至XOR1的另一个输入端，XOR1的输出端连接至MUX1的第一路输入端，MUX1的第二路输入端连接至低电平，MUX1的输出端连接至S4的栅极；XOR1的输出经NO1连接至MUX2的第一路输入端，SR触发器4#的输出端Q经NO3连接至MUX2的第二路输入端，MUX2的输出端连接至S3的栅极；SR触发器2#的输出端Q连接至MUX3的第一路输入端，SR触发器4#的输出端Q连接至MUX3的第二路输入端，MUX3的输出连接至S2的栅极；SR触发器2#的输出端Q连接至XOR2的一个输入端，SR触发器4#的输出端Q连接至XOR2的另一个输入端，XOR2的输出端连接至MUX4的第二路输入端，MUX4的第一路输入端连接至低电平，MUX4的输出端连接至S5的栅极；模式切换控制单元包括减法器SUB、比较器CMP3、比较器CMP4和SR触发器1#；SUB的输入端分别输入双管Buck‑Boost变换器的输出电压Vo和电压参考值Vo_ref，输出端分别与CMP3和CMP4的一个输入端连接，CMP3的另一个输入端输入预设的电压阈值ΔV，CMP4的另一个输入端输入预设的电压阈值‑ΔV，CMP3和CMP4的输出端分别与SR触发器1#的复位端和置位端连接，SR触发器1#的输出端Q同时连接至MUX1、MUX2、MUX3和MUX4的选择端。