光储电解电源系统及其控制方法

885 编辑：中冶有色技术网来源：湖南科技大学

2024-05-21 14:48:59

权利要求书： 1.一种光储电解电源系统，其特征在于，包括：

光伏发电系统，其包括光伏电池阵列和Boost升压斩波电路，该光伏电池阵列的输出端与Boost升压斩波电路的输入端相连；

储能电池组，其包括多个串并联的储能电池单元；

DC/DC变流器，其包括多个并联的Buck电路模块；

所述Boost升压斩波电路的输出端依次通过固态开关Q1和固态开关Q2与储能电池组的正负极相连，所述Boost升压斩波电路的输出端依次通过固态开关Q1和固态开关Q3与DC/DC变流器的高压侧正负极相连，所述DC/DC变流器的低压侧接负载R；在光照条件满足光伏电池发电要求时，电源系统控制器发出驱动信号控制固态开关Q1导通，为储能电池组和DC/DC变流器做好供电准备，否则控制固态开关Q1断开；当铜箔电解或铝电解生产工作启动时，电源系统控制器发出驱动信号控制固态开关Q2和固态开关Q3导通，光伏发电系统与储能电池组共同为DC/DC变流器供电，储能电池组起稳定电压和储存剩余电能的作用；储能电池组的端电压高于额定电压10％或低于时额定电压70％时，电源系统控制器发出驱动信号控制固态开关Q3断开。

2.根据权利要求1所述的光储电解电源系统，其特征在于，所述Buck电路模块采用Buck斩波器。

3.根据权利要求1所述的光储电解电源系统，其特征在于，还包括光伏发电控制系统和DC/DC变流器控制系统，该光伏发电控制系统用于对储能电池组的端口电压进行稳定控制，所述DC/DC变流器控制系统用于对Buck电路模块的输出电流进行控制。

4.根据权利要求3所述的光储电解电源系统，其特征在于，所述光伏发电控制系统对Boost升压斩波电路中的功率开关P的通断进行控制，用于对储能电池组的端口电压进行稳定控制。

5.根据权利要求3所述的光储电解电源系统，其特征在于，所述DC/DC变流器控制系统对Buck电路模块中的功率开关i的通断进行控制，用于对Buck电路模块的输出电流进行稳定控制。

6.一种如权利要求1?5任一项所述光储电解电源系统的控制方法，其特征在于，包括：

通过Boost升压斩波电路中的功率开关P的通断，稳定控制光伏发电系统中Boost升压斩波电路的输出电压；

通过Buck电路模块中的功率开关i的通断，对DC/DC变流器中Buck电路模块的输出电流均流控制。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，稳定控制光伏发电系统中Boost升压斩波电路的输出电压，具体为：将实时检测到的输出电压与给定的电压参考值Udc比较，然后经过PI控制器得到控制电压U，控制电压U经PWM调制器产生Boost升压斩波电路中功率开关P的驱动信号。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，对DC/DC变流器中Buck电路模块的输出电流均流控制，具体为：将实时检测到的负载总电流根据Buck电路模块并联数量n进行均分计算，然后将均分计算结果作为每个Buck电路模块的电流参考值再将实时检测到的各Buck电路模块输出电流Ii，i＝1,…n，与电流参考值比较，电流比较误差经过PI控制器得到电流控制量i’i，最后经PWM调制器产生驱动各Buck电路模块中功率开关i的驱动信号。

9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，Boost升压电路对储能电池组的充电采用自平衡方式。

说明书：一种光储电解电源系统及其控制方法技术领域[0001] 本发明涉及电源系统技术领域，具体涉及一种用于光储电解电源系统及其控制方法。背景技术[0002] 随着社会与经济发展的加快，全球能源消耗量越来越大，如何充分利用光伏发电等清洁能源和提高用电设备的电能变换效率越来越重要。目前，电解铜箔、电解铝、电镀等企业的生产中大量使用的电解电源存在多个电能变换环节，导致电解电源系统产生较大的电能变换损耗。此外，目前已有的光伏发电系统几乎都将输出的直流电能转换为交流电能后送入电网，然后再由用电设备将交流电能转换成符合自己需要的电能形式，由于经过了多个电能变换环节，能源转换效率降低，能源利用效率不高。发明内容[0003] 本发明提供一种光储电解电源系统及其控制方法，将光伏发电系统输出的直流电能经过较少电能变换环节后直接用于电解铜箔、电解铝及电镀等直流电用电企业，能够提高能源利用效率和降低企业生产成本。[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：[0005] 一种光储电解电源系统，包括：[0006] 光伏发电系统，其包括光伏电池阵列和Boost升压斩波电路，该光伏电池阵列的输出端与Boost升压斩波电路的输入端相连；[0007] 储能电池组，其包括多个串并联的储能电池单元；[0008] DC/DC变流器，其包括多个并联的Buck电路模块。[0009] 进一步地，所述Boost升压斩波电路的输出端依次通过固态开关Q1和固态开关Q2与储能电池组的正负极相连，所述Boost升压斩波电路的输出端依次通过固态开关Q1和固态开关Q3与DC/DC变流器的高压侧正负极相连，所述DC/DC变流器的低压侧接负载R。[0010] 优选地，所述Buck电路模块采用Buck斩波器。[0011] 进一步地，还包括光伏发电控制系统和DC/DC变流器控制系统，该光伏发电控制系统用于对储能电池组的端口电压进行稳定控制，所述DC/DC变流器控制系统用于对的Buck电路模块的输出电流进行控制。[0012] 优选地，所述光伏发电控制系统对Boost升压斩波电路中的功率开关P的通断进行控制，用于对储能电池组的端口电压进行稳定控制。[0013] 优选地，所述DC/DC变流器控制系统对Buck电路模块中的功率开关i的通断进行控制，用于对Buck电路模块的输出电流进行稳定控制。[0014] 一种光储电解电源系统的控制方法，包括：[0015] 通过功率开关P的通断，稳定控制光伏发电系统中Boost升压斩波电路的输出电压；[0016] 通过功率开关i的通断，均流控制DC/DC变流器中Buck电路模块的输出电流。[0017] 其中，稳定控制光伏发电系统中Boost升压斩波电路的输出电压，具体为：[0018] 将实时检测到的输出电压与给定的电压参考值Udc比较，然后经过PI控制器得到控制电压U，控制电压U经PWM调制器产生Boost升压斩波电路中功率开关P的驱动信号。[0019] 其中，均流控制DC/DC变流器中Buck电路模块的输出电流，具体为：[0020] 将实时检测到的负载总电流根据Buck电路模块并联数量n进行均分计算，然后将均分计算结果作为每个Buck电路模块的电流参考值再将实时检测到的各Buck电路模块输出电流Ii(i＝1,…n)与电流参考值比较，电流比较误差经过PI控制器得到电流控制量i’i，最后经PWM调制器产生驱动各Buck电路模块中功率开关i的驱动信号。[0021] 由以上技术方案可知，本发明光储电解电源系统通过DC/DC变流器将光伏发电系统输出的直流电直接转换成符合电解铜箔等生产要求的直流电能，减少了电能变换环节导致的电能损耗；同时，储能电池组在光伏发电量过剩和不足时通过自平衡充放电方式维持负载供电稳定，提高生产效率。附图说明[0022] 图1为本发明光储电解电源系统的拓扑结构原理图；[0023] 图2为光伏发电控制系统的原理图；[0024] 图3为DC/DC变流器控制系统的原理图。具体实施方式[0025] 下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。[0026] 如图1所示，光储电解电源系统的拓扑结构包括光伏发电系统1、储能电池组2和DC/DC变流器3三部分，其中储能电池组由多个串并联的储能电池单元构成。[0027] 所述光伏发电系统1包括光伏电池阵列11和Boost升压斩波电路12，该光伏电池阵列的输出端与Boost升压斩波电路的输入端相连。[0028] 所述光伏电池阵列11根据用户安装总容量确定光伏电池板总数量，根据Boost升压斩波电路的输入?输出电压比及蓄电池组额定电压确定每组光伏电池板串联数量，再根据光伏电池板总容量和每组光伏电池板串联数量确定光伏电池板并联组数。[0029] 所述Boost升压斩波电路12是一种常见的开关直流升压电路，通过开关管导通和关断来控制电感储存和释放能量，从而使输出电压比输入电压高，本实施例中开关管采用功率开关P。[0030] 所述DC/DC变流器3包括多个并联的Buck电路模块31，Buck电路是一种常见的降压式变换电路，通过控制功率开关i的导通和关断来实现充放电，本实施例中Buck电路模块采用Buck斩波器。所述DC/DC变流器的低压侧接负载R，该负载R可以是铜电解槽、铝电解槽等工业生产设备。[0031] 所述Boost升压斩波电路12的输出端依次通过固态开关Q1和固态开关Q2与储能电池组的正负极相连，所述Boost升压斩波电路的输出端依次通过固态开关Q1和固态开关Q3与DC/DC变流器的高压侧正负极相连。在光照条件满足光伏电池发电要求时，电源系统控制器发出驱动信号控制固态开关Q1导通，为储能电池组2和DC/DC变流器3做好供电准备，否则控制固态开关Q1断开；当铜箔电解或铝电解等生产工作启动时，电源系统控制器发出驱动信号控制固态开关Q2和固态开关Q3导通，光伏发电系统1与储能电池组2共同为DC/DC变流器3供电，储能电池组起稳定电压和储存剩余电能的作用；从储能电池组安全性和使用寿命角度考虑，储能电池组1的端电压高压额定电压10％或低于时额定电压70％时，电源系统控制器发出驱动信号控制固态开关Q3端开。[0032] 本发明还可以通过控制系统对功率开关P和功率开关i的通断进行调节，从而提供稳定的电源电压。[0033] 控制系统包括光伏发电控制系统和DC/DC变流器控制系统，该光伏发电控制系统采用最大功率跟踪算法计算得到Boost升压斩波电路的输出电压参考值，若该输出电压参考值大于储能电池组最高充电电压时，以储能电池组最高充电电压作为Boost升压斩波电路的最终输出电压参考值否则，将最大功率跟踪算法计算得到的输出电压参考值作为Boost升压斩波电路的最终输出电压参考值然后根据储能电池组端口电压与Boost升压斩波电路的最终输出电压参考值的偏差，经过PI控制器和PWM调制器产生功率开关P的控制信号，以维持储能电池组端口电压稳定和保证储能电池组安全。所述DC/DC变流器控制系统根据负载总电流和Buck电路模块并联数量n，经过平均化计算后得到每个Buck电路模块的输出电流参考值每个Buck电路模块的输出电流参考值与实时检测得到的Buck电路模块输出电流比较后，经过PI控制器和PWM调制器产生对于Buck电路模块的功率开关器件i的驱动信号，实现Buck电路模块输出电流的精确控制。[0034] 所述光伏发电控制系统通过控制功率开关P的通断实现Boost升压斩波电路输出电压的稳定控制，为储能电池组和DC/DC变流器提供稳定电压。Boost升压斩波电路对储能电池组的充电采用自平衡方式，因Boost升压斩波电路输出电压恒定，当储能电池组电压下降时则可由Boost升压斩波电路自然完成充电过程。DC/DC变流器控制系统通过控制各Buck电路模块中功率开关器件i的通断实现输出电流的均流控制。[0035] 本发明还提供一种光储电解电源系统的控制方法，包括：[0036] 通过功率开关P的通断，稳定控制光伏发电系统中Boost升压斩波电路的输出电压；通过功率开关i的通断，均流控制DC/DC变流器中Buck电路模块的输出电流。[0037] 如图2所示，稳定控制光伏发电系统中Boost升压斩波电路的输出电压控制方法，具体为：[0038] 将实时检测到的输出电压与给定的电压参考值Udc比较，然后经过PI控制器得到控制电压U，控制电压U经PWM调制器产生Boost升压斩波电路中功率开关P的驱动信号。[0039] 如图3所示，均流控制DC/DC变流器中Buck电路模块的输出电流控制方法，具体为：[0040] 将实时检测到的负载总电流根据Buck电路模块并联数量n进行均分计算，然后将均分计算结果作为每个Buck电路模块的电流参考值再将实时检测到的各Buck电路模块输出电流Ii(i＝1,…n)与电流参考值比较，电流比较误差经过PI控制器得到电流控制量i’i，最后电流控制量i’i经PWM调制器产生各Buck电路模块中功率开关i的驱动信号，该驱动信号的占空比由PI控制器实时调节，则每个Buck电路模块的输出电压可以由PI控制器实现精确控制，当每个Buck电路模块的输出电流与电流参考值保持一致时，DC/DC变流器的总输出电流即可达到控制要求，实现模块化大电流控制。[0041] 以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。