一种新型独立太阳能发电系统充放电电路拓扑

3 系统拓扑结构及其控制方案

对于上述问题，本文提出了一种新型充放电电路拓扑，采用动态功率跟踪匹配法加以控制。即根据实时功率差，动态地匹配充放电的蓄电池容量(蓄电池个数)，也就是动态地变换系统结构，从而实现最佳充放电。系统电路如图4所示，光伏电池经DC/DC变换器与负载和充电电路相连。负载可以变化。充电电路由直流母线和多个蓄电池充电单元组成，每个充放电单元包括双向DC/DC变换电路H_n和蓄电池B_n两部分。双向DC/DC变换电路如图5所示，蓄电池侧为低压侧，能够实现升压和降压[6]。该双向变换电路能实现高低压侧的有效电气隔离，效率高，控制灵活。与传统光伏系统相比，本系统运行灵活，高效可靠，整体寿命得到提高；另一个很大的优点是，容易进行规模扩充，易实现模块化系统集成，能够较好地解决蓄电池在目前的光伏发电系统中所面临的问题。由于蓄电池组容量是可以灵活变化的，所以，需要扩充规模时，只需增加光伏电池板、增加并联的DC/DC变换器数目、增加蓄电池充电单元、更改控制软件程序即可。

图4 系统电路图

图5 双向DC/DC变换器

本系统真正实现了在光伏电池最大功率输出下对蓄电池进行最佳充放电。由图1可看出，光伏电池的最大功率点电压、电流在不同的情况下是变化的。所以，在负载不变的情况下，就需要系统同时调节充电电流来协调光伏电池最大功率跟踪，这样才能实现光伏电池最大功率输出。为了实现光伏电池最大功率输出时对蓄电池进行最佳充放电，负载确定后，控制器同时同方向调整DC/DC变换器和充电器的占空比D，实现最佳充电，也使放电的蓄电池按最佳放电电流放电。在光伏电池运行于最大功率点的前提下，本系统方案包括：

1）规定负载的最高限值，保证蓄电池能完成晚间或阴天的单独供电。

2）充电时，同时调节光伏工作点跟踪DC/DC变换器和双向DC/DC变换器，由其动态地确定需充电蓄电池数；

3）放电时，同样要判断光伏输出功率和负载功率的最大差，以此来确定参加放电的蓄电池数；

4）充放电都要维持蓄电池的最佳充放电模式。

从图4可以看出，直流母线电压和DC/DC变换器输出电压及负载输入电压相等，总充放电电流i_c为DC/DC变换器输出电流与负载电流之差。设DC/DC变换器输出电压u_o，输出电流i_o，输出功率p_o，负载电流i_L，负载功率p_L，总充电电流i_c，各充放电单元高压侧电流i_cn，低压侧电流i_cn′，蓄电池电压u_Bn，（n为充放电单元的个数），则

P_o=u_oi_o，P_L=u_oi_L（1）

i_c=i_o－i_L=i_cn（2）

另外，对于双向DC/DC变换器，由功率守恒得出

u₁i₁=u₂i₂（3）

又占空比D=t_on/T，则

（4）

i_cn=i₁=i₂=i_cn′（5）

i_c=i_cn′（6）

式中：D_n为第n个充电器的开关占空比，充电时为高压侧开关，放电时为低压侧开关。