一種多個直流電源系統(tǒng)能量互聯(lián)網(wǎng)絡及互聯(lián)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于能源利用技術(shù)領(lǐng)域，具體設及一種多個直流電源系統(tǒng)能量互聯(lián)網(wǎng)絡及 互聯(lián)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當多個太陽能陣列-蓄電池直流電源系統(tǒng)需要組成"能源局域網(wǎng)"工作時，往往因 為不同太陽能陣列-蓄電池直流電源系統(tǒng)會具有不同的光照和負載條件，導致某些太陽能 陣列-蓄電池直流電源系統(tǒng)供電過分充足而某些供電嚴重不足，所W運其中一個重要的問 題是如何實現(xiàn)每個獨立電源系統(tǒng)的能量分配或功率共享。為達到擴展單個供配電系統(tǒng)功率 上限的目的，由多個太陽能電池陣列-蓄電池直流電源系統(tǒng)（PV-Battery Power System, PBPS)組成的"能源局域網(wǎng)"已形成。在實際電源系統(tǒng)的應用中，如附圖I所示，PBI^通常是基 于全調(diào)節(jié)S3R架構(gòu)。
[0003] 由于光伏陣列陰影遮擋區(qū)的存在或由于每個PBPS用戶具有不同功率負載的需求， 通常需要在多個PBPS模塊之間進行能量重新分配，使每個PBPS滿足其自身的負載功率需 求。然而，附圖1所示能量功率分配是需要通信單元和軟件算法來計算的當前功率流動數(shù)值 和方向。因此，它具有低可靠性，高成本等固有缺陷。該能量分配方式的動態(tài)性能及穩(wěn)定性 得不到保證。此外，無法進行模塊化直接擴展，當多個系統(tǒng)并聯(lián)時，導致軟件算法和通信單 元(S&T)需作相應修改。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、模塊化、高穩(wěn)定裕度和自主的多個直流電源系 統(tǒng)能量互聯(lián)網(wǎng)絡和互聯(lián)方法，確保公共母線的高穩(wěn)定裕度，低輸出阻抗，快速的動態(tài)響應。
[0005] 為達上述目的，本發(fā)明的一種多個直流電源系統(tǒng)能量互聯(lián)網(wǎng)絡，所述網(wǎng)絡包括多 個太陽能電池陣列-蓄電池直流電源系統(tǒng)PBPS、與所述多個PBPS對應的多個電流模式控制 的雙向DC-DC變換器抓DC、公共母線誤差放大器;其特征在于:所述網(wǎng)絡通過抓DC實現(xiàn)能量 的分配，通過SBEA取代傳統(tǒng)能量分配中的軟件與通信單元，與此同時，傳統(tǒng)的S3RS域調(diào)節(jié) 方式被四域的控制方式而取代;其中，所述抓DC單元中采用磁反饋技術(shù)和雙向電流檢測技 術(shù)實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制，所述抓DC單元的輸出電流根據(jù)SBEA和MEA的取小后的結(jié)果來控制;所 述四域包括SUN域、SUN-肥邸域、電池充電域、電池放電域，所述四域控制方式是在傳統(tǒng)的S 域調(diào)節(jié)的基礎上，當MEA工作在SUN-肥抓域時，B孤C將控制公共母線的提取電流，BDDC的輸 出電流受MEA信號控制，而抓DC在SUN-肥邸域看成一個壓控電流源。
[0006] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述抓DC的主功率部分由推挽拓撲或者半橋拓撲或者 全橋隔離拓撲實現(xiàn)。
[0007] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述系統(tǒng)還包括與多個抓DC對應的多個S3R系統(tǒng)，所述 S3R系統(tǒng)用于實現(xiàn)所述四域控制方式。
[000引作為本發(fā)明的進一步改進，多個S3R系統(tǒng)之間的能量分配只需要有=根導線完成， 所述=根導線為公共控制信號線、公共母線正線、公共母線回線。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述抓DC工作在W下S種不同的工作模式：
[0010]模式1:當某S3R系統(tǒng)中PV所產(chǎn)生的能量小于其用戶自身消耗的能量時，MEA工作在 SUN_肥邸域，用作調(diào)節(jié)公共母線的抓DC受MEA控制，公共母線能量流向用戶母線；
[0011] 模式2:當某S3R系統(tǒng)中PV所產(chǎn)生的能量遠大于其用戶自身消耗的能量時，MEA工作 在SUN域，BDDC受SBEA信號控制，并負責調(diào)節(jié)公共母線，用戶母線的能量將流向公共母線；
[0012] 模式3:當某S3R系統(tǒng)中PV所產(chǎn)生的能量稍大于其用戶自身消耗的能量時，MEA工作 在SUN域，抓DC受MEA信號控制，但它不負責調(diào)節(jié)公共母線，用戶母線能量流向公共母線。
[0013] 另一方面，本發(fā)明的一種多個直流電源系統(tǒng)能量互聯(lián)方法，應用于多個直流電源 系統(tǒng)能量互連網(wǎng)絡，所述網(wǎng)絡包括多個太陽能電池陣列-蓄電池直流電源系統(tǒng)PBPS、與所述 多個PBPS對應的多個電流模式控制的雙向DC-DC變換器抓DC、公共母線誤差放大器;其特征 在于:所述方法通過抓DC實現(xiàn)能量的分配，通過SBEA取代傳統(tǒng)能量分配中的軟件與通信單 元，與此同時，傳統(tǒng)的S3R立域調(diào)節(jié)方式被四域的控制方式而取代;其中，所述抓DC單元中采 用磁反饋技術(shù)和雙向電流檢測技術(shù)實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制，所述抓DC單元的輸出電流根據(jù)S肥A 和MEA的取小后的結(jié)果來控制;所述四域包括SUN域、SUN-NEED域、電池充電域、電池放電域， 所述四域控制方式是在傳統(tǒng)的S域調(diào)節(jié)的基礎上，當MEA工作在SUN-肥邸域時，BDDC將控制 公共母線的提取電流，BDDC的輸出電流受MEA信號控制，而BDDC在SUN-肥邸域看成一個壓控 電流源。
【附圖說明】
[0014] 圖1是能源互聯(lián)網(wǎng)的功率分配框圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明的能量互聯(lián)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016] 圖3是本發(fā)明所采用的雙向DC-DC變換器控制系統(tǒng)的示意圖；
[0017] 圖4是能量互聯(lián)網(wǎng)絡中S3R架構(gòu)電源系統(tǒng)示意圖；
[001引圖5是MEA在S3R系統(tǒng)中域的劃分示意圖；
[0019] 圖6是功率分配控制框圖；
[0020] 圖7是抓DC競爭邏輯示意圖；
[0021 ]圖8是系統(tǒng)等效線性框圖；
[0022] 圖9是PI型SBEA示意圖。 具體實施方案
[0023] 下面通過【具體實施方式】結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0024] 基于"能源局域網(wǎng)"架構(gòu)，本發(fā)明提出了一種簡單、模塊化、高穩(wěn)定裕度和自主的多 個電源系統(tǒng)能量互聯(lián)網(wǎng)絡及能量互聯(lián)方法:通過電流模式控制的抓DC(Bidirectional DC-DC Conve;rters，雙向DC-DC變換器)來實現(xiàn)能量的分配，通過使用SBEA(Sha;ring Bus terror Amplifier),公共母線誤差放大器)來取代傳統(tǒng)能量分配方法中的軟件與通信單元，與此同 時，傳統(tǒng)的=域調(diào)節(jié)方式將被四域的控制方式而取代。
[0025] 所述能量互聯(lián)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)框圖如附圖2所示。主要特點如下：（1)簡單:在能量分配 中不需要通信設備或軟件算法，需要連接的導線只有=條。（2)模塊化和自動化:使用相同 控制方式的多個系統(tǒng)通過唯一的模擬控制信號來參加能量互聯(lián)網(wǎng)絡。更重要的是，能量分 配的是自動進行的，無需軟件計算。（3)模擬控制的采用，確保了公共母線的高穩(wěn)定裕度，低 輸出阻抗，快速的動態(tài)響應。
[0026] 一、B孤的控制方式
[0027] 抓DC具有控制公共母線和用戶母線在兩個方向之間能量流動的能力。抓DC的主功 率部分可由推挽、半橋、全橋等隔離拓撲進行實現(xiàn)，在本發(fā)明中優(yōu)選驅(qū)動比較簡單的推挽拓 撲。抓DC功能描述如附圖3所示，為了保證整個系統(tǒng)的可靠性，在抓DC單元中采用磁反饋技 術(shù)和雙向電流檢測技術(shù)實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制，DCDC的輸出電流(Iout)通過SBEA和主誤差放大 器MEA的取小后來控制。與之相應，在傳統(tǒng)的多個S3R系統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng)中，輸出電流是由通信和 軟件算法單元控制。
[0028] 二、S3R的四域控制工作原理
[0029] 基于=域控制和跨導控制方式的母線調(diào)節(jié)是S3R的主要特征，順序開關(guān)分流調(diào)節(jié) 器S3R系統(tǒng)由分流調(diào)節(jié)單元(SR)、蓄電池充電單元(BCR)、蓄電池放電單元(BDR)組成，如附 圖4所示。它們是通過MEA控制不同的子模塊來實現(xiàn)的：在陽光區(qū)，S3R分流剩余的太陽能電 池能量，而電池充電調(diào)節(jié)單元在出影后W最優(yōu)的方式將電池能量立刻恢復，最后，電池放電 調(diào)節(jié)單元在陰影區(qū)或在陽光區(qū)的高功率瞬態(tài)負載的作用下（功率需求大于PV的功率輸出） 進行母線調(diào)節(jié)工作。
[0030] 在實際應用中，S3R的最大功率能力能夠通過內(nèi)部抓DC來擴展，W滿足所有當前 S3R用戶負載功率需求。因此，傳統(tǒng)的=域控制的設計方式被四域的控制方式取代，如圖5所 示。當MEA工作在SUN-肥抓域，抓DC將控制公共母線的提取電流，BDDC的輸出電流Iout受MEA 信號控制，而抓DC在SUN-肥邸域看成一個壓控電流源。因此，在SUN-肥抓域里，較低的MEA電 壓對應著更高的BDDC電流從公共母線流向用戶母線，反之亦然。抓DC在四個域中的運行就 好比一個MEA壓控電流源，故母線電壓通過調(diào)節(jié)電流進行穩(wěn)壓，并且多個模式之間的切換可 W自動進行。
[0031] S、SBEA的定義和能量分配方式
[0032] 公共母線的電壓必須處于調(diào)節(jié)穩(wěn)壓狀態(tài)W保證系統(tǒng)可靠性。能量分配的公共部分 負責調(diào)節(jié)公共母線，其中包含有電容陣和公共母線電壓誤差放大器SBEA。公共母線電壓調(diào) 節(jié)的控制系統(tǒng)如附圖6所示，多個S3R能量系統(tǒng)之間的分配只需要有=根導線完成（公共控 制信號線、公共母線正線、公共母線回線。）。
[0033] 假設在整個系統(tǒng)層面里，能量互聯(lián)網(wǎng)絡中的所有PV所