一種電能變換裝置及其直流電路最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)的確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電能變換裝置及其直流電路最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)的確定方法，該電能變換裝置包括供電模塊、與供電模塊連接的N路交錯(cuò)并聯(lián)直流變換電路、與N路交錯(cuò)并聯(lián)直流變換電路的控制端連接的MPPT核心控制模塊；N路交錯(cuò)并聯(lián)直流變換電路包括電壓變換電路和輸入濾波電容，電壓變換電路為降壓?jiǎn)卧?、升壓?jiǎn)卧蛏?降壓?jiǎn)卧１景l(fā)明方法首先計(jì)算出直流變換電路的占空比范圍，然后畫出占空比與電流歸一化紋波幅值關(guān)系圖，最后根據(jù)該圖和占空比范圍得到最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)。本發(fā)明提高了供電可靠性，保證了整個(gè)系統(tǒng)的最大功率輸出，提高了系統(tǒng)效率；使系統(tǒng)具有最優(yōu)輸出電流紋波特性，減小了濾波器容量，提高了系統(tǒng)輸出功率。
【專利說(shuō)明】一種電能變換裝置及其直流電路最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源裝置領(lǐng)域，涉及一種電能變換裝置，還涉及該電能變換裝置直流變換電路最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能與風(fēng)能等新能源并網(wǎng)接入應(yīng)用中，都存在最大功率點(diǎn)跟蹤問(wèn)題，直流端的紋波電壓大小，會(huì)影響并網(wǎng)逆變器的諧波電流大小與逆變器的效率及濾波電容的大小，降低逆變直流側(cè)紋波大小，減小濾波電容的大小，對(duì)并網(wǎng)逆變有重要意義。
[0003]另一方面，新能源離網(wǎng)系統(tǒng)中有貯能電池，需要對(duì)電池進(jìn)行充電，新能源充電裝置是指新能源供電模塊對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的裝置，當(dāng)新能源供電模塊的輸入電壓很高而配備的蓄電池電壓等級(jí)較低時(shí)，現(xiàn)有的新能源發(fā)電控制器技術(shù)通常是采用經(jīng)典Buck電路實(shí)現(xiàn)電壓的變換和輸出功率的控制。但傳統(tǒng)的單路Buck電路存在一些缺點(diǎn)，如電感電流紋波較大、輸出濾波器的容量較大、系統(tǒng)輸出功率較低。
[0004]隨著電子系統(tǒng)集成規(guī)模的不斷加大，要求電源的輸出電流和輸出的功率也越來(lái)越大；電子系統(tǒng)工作頻率的不斷提高和工作電壓的不斷降低，要求電源的紋波越來(lái)越?。槐銛y式電子設(shè)備安裝空間有限且日益“輕薄”，要求電源設(shè)計(jì)中采用體積小、高度低的電感和電容。基于以上要求，市場(chǎng)上已見(jiàn)兩路交錯(cuò)并聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)，其工作占空比與電流歸一化幅值K的關(guān)系如圖2所示(其中電流歸一化紋波幅值K定義為輸出電流紋波幅值與單路直流變換電路輸出紋波幅值的比值)，其電流紋波和裝置體積都有一定的改善，但兩路并聯(lián)依舊沒(méi)能徹底的改善紋波問(wèn)題，紋波幅值依然較大，為單路變換電路紋波幅值的2/3倍左右。并且，現(xiàn)有的并聯(lián)交錯(cuò)電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并不是針對(duì)具體新能源供電模塊電壓與蓄電池電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)的，沒(méi)有給出指導(dǎo)性的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟。
[0005]針對(duì)以上不足，提出一種具有最優(yōu)輸出電流紋波特性的、輸出濾波器容量小、可大功率輸出的方案甚為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提供了一種減小輸出電流紋波和輸出濾波器容量，提高輸出功率的電能變換裝置，同時(shí)提供了一種該電能變換裝置中直流電路最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)的確定方法。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的電能變換裝置，包括供電模塊、與供電模塊連接的N路交錯(cuò)并聯(lián)直流變換電路、與N路交錯(cuò)并聯(lián)直流變換電路的控制端連接的MPPT核心控制模塊；N路交錯(cuò)并聯(lián)直流變換電路包括并聯(lián)的電壓變換電路和輸入濾波電容，電壓變換電路為降壓?jiǎn)卧?、升壓?jiǎn)卧蛏?降壓?jiǎn)卧?br> [0008]本發(fā)明電能變換裝置的一種優(yōu)選方案中，電壓變換電路為降壓?jiǎn)卧?，降壓?jiǎn)卧獮镹路Buck降壓電路并聯(lián)而成，N路BUCK降壓電路共用一個(gè)輸出濾波電容。
[0009]本發(fā)明電能變換裝置的一種優(yōu)選方案中，電壓變換電路為升壓?jiǎn)卧?，升壓?jiǎn)卧獮镹路Boost升壓電路并聯(lián)而成，N路Boost升壓電路共用一個(gè)輸出濾波電容。
[0010]本發(fā)明電能變換裝置的一種優(yōu)選方案中，電壓變換電路為升/降壓?jiǎn)卧?，?降壓?jiǎn)卧獮镹路Buck-Boost升/降壓電路并聯(lián)而成，N路Buck-Boost升/降壓電路共用一個(gè)輸出濾波電容。
[0011]本發(fā)明電能變換裝置中，MPPT核心控制模塊包括MCU控制單元、分別與MCU控制單元的輸入端連接的第一電壓檢測(cè)單元和第二電壓檢測(cè)單元、與MCU控制單元的輸出端連接的驅(qū)動(dòng)隔離單元、與MCU控制單元的電源輸入端連接的輔助電源單元，驅(qū)動(dòng)隔離單元的輸入端與MCU控制單元的控制信號(hào)輸出端相連，驅(qū)動(dòng)隔離單元的輸出端和N路交錯(cuò)并聯(lián)直流變換電路的輸入控制端相連，第一電壓檢測(cè)單元的輸入端與供電模塊的輸出端連接，第二電壓檢測(cè)單元的輸入端與負(fù)載連接。
[0012]本發(fā)明的對(duì)上述任一種電能變換裝置中直流電路最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)的確定方法，包括以下步驟:
[0013]I)根據(jù)供電模塊的電壓、負(fù)載的電壓計(jì)算出直流變換電路的占空比范圍；
[0014]2)根據(jù)下列電流歸一化紋波幅值表達(dá)式，分別畫出并聯(lián)路數(shù)為2至N之間的所有N-1個(gè)占空比與電流歸一化紋波幅值關(guān)系圖:
^ ( ^ ?λ (1+ j - N.D]
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種電能變換裝置，其特征在于，該裝置包括供電模塊(I)、與所述供電模塊(I)連接的N路交錯(cuò)并聯(lián)直流變換電路(2 )、與所述N路交錯(cuò)并聯(lián)直流變換電路(2 )的控制端連接的MPPT核心控制模塊(3)； 所述N路交錯(cuò)并聯(lián)直流變換電路(2)包括并聯(lián)的電壓變換電路(21)和輸入濾波電容(Cl)，所述電壓變換電路(21)為降壓?jiǎn)卧⑸龎簡(jiǎn)卧蛏?降壓?jiǎn)卧?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能變換裝置，其特征在于，所述電壓變換電路(21)為降壓?jiǎn)卧?，所述降壓?jiǎn)卧獮镹路Buck降壓電路并聯(lián)而成，所述N路BUCK降壓電路共用一個(gè)輸出濾波電容(C2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能變換裝置，其特征在于，所述電壓變換電路(21)為升壓?jiǎn)卧錾龎簡(jiǎn)卧獮镹路Boost升壓電路并聯(lián)而成，所述N路Boost升壓電路共用一個(gè)輸出濾波電容(C2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能變換裝置，其特征在于，所述電壓變換電路(21)為升/降壓?jiǎn)卧?，所述?降壓?jiǎn)卧獮镹路Buck-Boost升/降壓電路并聯(lián)而成，所述N路Buck-Boost升/降壓電路共用一個(gè)輸出濾波電容(C2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的電能變換裝置，其特征在于，所述MPPT核心控制模塊(3)包括MCU控制單元(31 )、分別與所述MCU控制單元(31)的輸入端連接的第一電壓檢測(cè)單元(32)和第二電壓檢測(cè)單元(33)、與MCU控制單元(31)的輸出端連接的驅(qū)動(dòng)隔離單元(34)、與MCU控制單元(31)的電源輸入端連接的輔助電源單元(35)，所述驅(qū)動(dòng)隔離單元(34)的輸入端與MCU控制單元(31)的控制信號(hào)輸出端相連，所述驅(qū)動(dòng)隔離單元(34)的輸出端和N路交錯(cuò)并聯(lián)直流變換電路(2)的輸入控制端相連，所述第一電壓檢測(cè)單元(32)的輸入端與供電模塊(I)的輸出端連接，第二電壓檢測(cè)單元(33)的輸入端與負(fù)載連接。
6.一種電能變換裝置中直流電路最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)的確定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)根據(jù)供電模塊(I)的電壓、負(fù)載的電壓計(jì)算出直流變換電路的占空比范圍； 2)根據(jù)下列電流歸一化紋波幅值表達(dá)式，分別畫出并聯(lián)路數(shù)為2至N之間的所有N-1個(gè)占空比與電流歸一化紋波幅值關(guān)系圖:P fr, /.) ? 1+ 卜N.D]K= D-—.---1 N) { D(1-D) y 其中，K為電流歸一化紋波幅值，D為直流變換電路工作占空比，N為初始設(shè)定的直流變換電路并聯(lián)路數(shù)，j為占空比限定參數(shù)，j的取值按照下式確定:00<D< —

N
I2
1——<D<——
j = \ N N
?.* *
?參


\ -1


IN 3)根據(jù)所述步驟I)確定的占空比范圍，在所述步驟2)中得到的占空比與電流歸一化紋波幅值關(guān)系圖中，找出所述占空比范圍對(duì)應(yīng)的關(guān)系曲線，然后找出所述關(guān)系曲線中的電流歸一化紋波幅值最大值，最后比較所有關(guān)系圖中的電流歸一化紋波幅值最大值，將最小一個(gè)幅值最大值所對(duì)應(yīng) 的并聯(lián)路數(shù)作為最終確定的最優(yōu)并聯(lián)路數(shù)。
【文檔編號(hào)】H02M1/14GK103580476SQ201310582717
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】王念春, 吳曉玉, 徐發(fā)喜, 王曉龍, 秦天平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)