一種新型獨立太陽(yáng)能發(fā)電系統充放電電路拓撲

3 系統拓撲結構及其控制方案

對于上述問(wèn)題，本文提出了一種新型充放電電路拓撲，采用動(dòng)態(tài)功率跟蹤匹配法加以控制。即根據實(shí)時(shí)功率差，動(dòng)態(tài)地匹配充放電的蓄電池容量(蓄電池個(gè)數)，也就是動(dòng)態(tài)地變換系統結構，從而實(shí)現最佳充放電。系統電路如圖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(xiàn)和多個(gè)蓄電池充電單元組成，每個(gè)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，蓄電池側為低壓側，能夠實(shí)現升壓和降壓[6]。該雙向變換電路能實(shí)現高低壓側的有效電氣隔離，效率高，控制靈活。與傳統光伏系統相比，本系統運行靈活，高效可靠，整體壽命得到提高；另一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是，容易進(jìn)行規模擴充，易實(shí)現模塊化系統集成，能夠較好地解決蓄電池在目前的光伏發(fā)電系統中所面臨的問(wèn)題。由于蓄電池組容量是可以靈活變化的，所以，需要擴充規模時(shí)，只需增加光伏電池板、增加并聯(lián)的DC/DC變換器數目、增加蓄電池充電單元、更改控制軟件程序即可。

圖4 系統電路圖

圖5 雙向DC/DC變換器

本系統真正實(shí)現了在光伏電池最大功率輸出下對蓄電池進(jìn)行最佳充放電。由圖1可看出，光伏電池的最大功率點(diǎn)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，就需要系統同時(shí)調節充電電流來(lái)協(xié)調光伏電池最大功率跟蹤，這樣才能實(shí)現光伏電池最大功率輸出。為了實(shí)現光伏電池最大功率輸出時(shí)對蓄電池進(jìn)行最佳充放電，負載確定后，控制器同時(shí)同方向調整DC/DC變換器和充電器的占空比D，實(shí)現最佳充電，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(diǎn)的前提下，本系統方案包括：

1）規定負載的最高限值，保證蓄電池能完成晚間或陰天的單獨供電。

2）充電時(shí)，同時(shí)調節光伏工作點(diǎn)跟蹤DC/DC變換器和雙向DC/DC變換器，由其動(dòng)態(tài)地確定需充電蓄電池數；

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

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(xiàn)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電流i_cn，低壓側電流i_cn′，蓄電池電壓u_Bn，（n為充放電單元的個(gè)數），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(gè)充電器的開(kāi)關(guān)占空比，充電時(shí)為高壓側開(kāi)關(guān)，放電時(shí)為低壓側開(kāi)關(guān)。