一种Buck-Boost变换电路和光伏发电系统的制作方法

一种buck-boost变换电路和光伏发电系统
技术领域
1.本发明涉及光伏发电技术领域，具体而言，涉及一种buck-boost变换电路和光伏发电系统。


背景技术：

2.目前，现有技术提供了一种光伏储能逆变器拓扑结构，如图1所示，包括：pv侧的buck—boost电路，电池侧的单级式双向dc-dc电路和交流侧的dc-ac电路和一电池模块。其中pv侧buck-boost电路一端连接pv电池板，另一端连接直流母线；单级式电池侧双向dc-dc电路一端连接电池模块，另一端连接直流母线；交流侧dc-ac逆变电路一端连接直流母线，另一端连接电网。
3.pv侧的buck-boost电路的具体结构，包括：第一储能电感l1、第一功率开关管k1、第二功率开关管k2、第一功率二极管d1、第二功率二极管d2和第一滤波电容c1。所述第一功率开关管k1的一端连接pv ，另一端通过功率二极管d1连接pv-。所述第一储能电感l1的一端连接第一功率二极管d1的阴极，另一端与第二功率开关管k2和第二功率二极管d2的结合点相连。所述第二功率开关管k2的一端连接第二功率二极管d2的阳极，另一端与第一功率二极管d1的阳极相连。所述第一滤波电容c1的一端与第二功率二极管d2的阴极和直流母线dc_bus 相连。
4.pv侧buck-boost电路的工作方式是，当pv电压大于设定阈值如380v时，电路工作在buck模式下，此时第一功率开关管k1工作，第二功率开关管k2处于off状态；当pv电压小于设定阈值如380v时，电路工作在boost模式下，此时第一功率开关管k1处于on状态，第二功率开关管k2工作。
5.但是这种拓扑结构因电路的多重控制引起了功率损耗的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

6.本发明实施例中提供一种buck-boost变换电路和光伏发电系统，以解决现有技术中buck—boost电路多重控制引起的功率损耗的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种buck-boost变换电路，其中，该buck-boost变换电路包括：第一可控开关、第二可控开关、可调电感、可调电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、电容以及电阻，其中，
8.所述第一可控开关的一端和所述第二二极管的阳极连接至输入电压正极，所述第二二极管的阴极依次串联所述第二可控开关和所述可调电感后连接至输入电压负极，所述可调电容的一端与所述第一可控开关的另一端连接，所述可调电容的另一端与所述第二二极管的阴极连接，所述第一可控开关的另一端与所述第一二极管的阳极和所述第三二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极与所述第二可控开关和所述可调电感的结合点连接，所述第三二极管的阳极串联所述电阻后连接至输入电压负极，所述电容与所述电阻并联，
所述第一可控开关和所述第二可控开关被控制同时连通或断开。
9.进一步地，所述第一可控开关和所述第二可控开关通过软开关控制方式被控制同时连通或断开。
10.进一步地，所述可调电容包括预设数量的串联的电容；所述可调电感包括预设数量的串联的电感。
11.进一步地，所述预设数量为5。
12.本发明还提供了一种光伏发电系统，其中，该光伏发电系统包括：光伏电池阵列；并网逆变器，所述并网逆变器包括权利要求1至4中任一项所述的buck-boost变换电路，所述buck-boost变换电路的输入端与所述光伏电池阵列的输出端连接；第一中央处理器，所述第一中央处理器与所述buck-boost变换电路中的所述第一可控开关和所述第二可控开关连接，用于控制所述第一可控开关和所述第二可控开关同时连通或断开；第二中央处理器，所述第二中央处理器与所述buck-boost变换电路中的所述可调电感和所述可调电容连接，用于调控所述可调电感的电感值和所述可调电容的电容值。
13.进一步地，所述第一中央处理器，具体用于根据升压和降压的需求产生pwm波，并将所述pwm波传输给所述并网逆变器中的mppt控制器；所述mppt控制器，用于跟据所述pwm波控制所述第一可控开关和所述第二可控开关同时连通或断开。
14.进一步地，所述第一中央处理器根据电导增量法产生所述pwm波。
15.进一步地，所述第二中央处理器，具体用于在所述并网逆变器的开路电压发生波动时，所述第二中央处理器控制所述可调电感中的一个或多个电感闭合，调控所述可调电感的电感值；和/或，所述第二中央处理器控制所述可调电容中的一个或多个电容闭合，调控所述可调电容的电容值。
16.进一步地，所述第二中央处理器通过开关与所述可调电感中的电感一对一连接，通过开关与可调电容中的电容一对一连接。
17.进一步地，上述光伏发电系统还包括：
18.蓄电池，与所述buck-boost变换电路的输出端连接。
19.应用本发明的技术方案，提供了一种改进的buck-boost变换电路结构，该改进的buck-boost变换电路独特的电路结构使得开关管的控制大大简化，实现了第一可控开关和第一可控开关可以被控制同时连通或断开，从而避免了因电路的多重控制而引起的功率损耗，进而有利于提高系统的输出效率；同时，该改进的buck-boost变换电路包括了可调电容和可调电感，通过可调电容的电容值的调控和可调电感的电感值的调控，可以进一步减小损耗。
附图说明
20.图1是现有技术中的光伏储能逆变器拓扑结构的示意图；
21.图2是根据本发明实施例的buck-boost变换电路的结构示意图；
22.图3是根据本发明实施例的光伏发电系统的原理示意图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进
一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
25.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
26.应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述可控开关、二极管，但不应限于这些术语。这些术语仅用来将可控开关、二极管等区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一可控开关也可以被称为第二可控开关，类似地，第二可控开关也可以被称为第一可控开关。
27.取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
28.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
29.下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
30.实施例一
31.图2是根据本发明实施例的buck-boost变换电路的结构示意图，如图2所示，该buck-boost变换电路包括：第一可控开关s1、第二可控开关s2、可调电感lr、可调电容cr、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、电容co以及电阻r，其中，
32.所述第一可控开关s1的一端和所述第二二极管d2的阳极连接至输入电压正极，所述第二二极管d2的阴极依次串联所述第二可控开关s2和所述可调电感lr后连接至输入电压负极，
33.所述可调电容cr的一端与所述第一可控开关s1的另一端连接，所述可调电容cr的另一端与所述第二二极管d2的阴极连接，
34.所述第一可控开关s1的另一端与所述第一二极管d1的阳极和所述第三二极管d3的阴极连接，所述第一二极管d1的阴极与所述第二可控开关s2和所述可调电感lr的结合点连接，所述第三二极管d3的阳极串联所述电阻r后连接至输入电压负极，
35.所述电容co与所述电阻r并联，所述第一可控开关s1和所述第二可控开关s2被控制同时连通或断开。
36.上述buck-boost变换电路主要有可控开关、电感、缓冲电容组成，电容部分谐振电路与传统buck-boost变换电路等效，由一系列开关、二极管、电容连接组成，通过可控开关
的连通或断开控制，可以等效为一个无损缓冲电路。
37.本实施例为了实现便捷、有效地控制第一可控开关s1和第二可控开关s2同时连通或断开，第一可控开关s1和第二可控开关s2可以通过软开关控制方式被控制同时连通或断开，即通过软开关控制技术来控制第一可控开关s1和第二可控开关s2同时连通或断开。
38.本实施例为了进一步减小损耗，提出了buck-boost变换电路包括电容值可调的可调电容和电感值可调的可调电感，为了可以调节电路所需电容、电感，来实现最大功率追踪，提出了可调电容包括预设数量的串联的电容；可调电感包括预设数量的串联的电感，可调电容cr可以称为电容连锁投切开关，电容连锁投切开关与第一可控开关s1并联，可调电感可以称为电感连锁投切开关，电感连锁投切开关与第二可控开关s2串联，具体连接方式见图2中cr和lr的连接方式。
39.上述预设数量的具体数值可以根据电感、电容的具体调节需求来确定，例如，预设数量可以为5，即电容连锁投切开关由五个串联的电容形成，电感连锁投切开关由五个串联的电感形成。这样可以通过控制电容连锁投切开关中的部分电容和电感连锁投切开关中的部分电感的闭合或开启，来控制电路中电容、电感的功率损耗，进而可对跟踪电路的转换效率进行控制。
40.实施例二
41.基于图2介绍的buck-boost变换电路，本实施例提供了一种光伏发电系统，该光伏发电系统包括：
42.光伏电池阵列；
43.并网逆变器，所述并网逆变器包括上述任意的buck-boost变换电路，所述buck-boost变换电路的输入端与所述光伏电池阵列的输出端连接；
44.第一中央处理器，所述第一中央处理器与所述buck-boost变换电路中的所述第一可控开关和所述第二可控开关连接，用于控制所述第一可控开关和所述第二可控开关同时连通或断开；
45.第二中央处理器，所述第二中央处理器与所述buck-boost变换电路中的所述可调电感和所述可调电容连接，用于调控所述可调电感的电感值和所述可调电容的电容值。
46.上述光伏电池阵列采用合适规模的光伏电池板(例如，太阳能电池板)，将光伏转化为电能。
47.上述并网逆变器的作用是将光伏发电系统所产生的直流电能转化为交流电能，同时其具有自动稳压功能还可以改善系统的供电质量。并网逆变器的输入端连接光伏电池阵列的输出端，并网逆变器的输出端连接负载或者如果只需要馈网不需要供电的情况下就直接连接电网。
48.本实施例为了实现可以对光伏电池阵列(光伏电池板)进行最大功率追踪，如图3所示，提出了第一中央处理器1，具体用于根据直流电的升压和降压的需求产生不同占空比的pwm波，并将所述pwm波传输给所述并网逆变器中的mppt控制器；进而所述mppt控制器，用于跟据所述pwm波控制所述第一可控开关和所述第二可控开关同时连通或断开。
49.实现升压和降压的原理是：首先通过pwm调制技术发送一个脉冲信号(即pwm波)，脉冲信号作用到第一可控开关s1和第二可控开关s2时，可调电容cr两端会产生电压，也即可调电容cr充电，此时由于软开关技术原理，第一可控开关s1和第二可控开关s2会同时闭
boost变换电路中cr的电容值和lr的电感值，实现控制电路中电容、电感的功率损耗，从而减小功率损耗，提高系统运行效率。
58.本实施例为了保证供电稳定，提出了上述光伏发电系统还包括：蓄电池，与所述buck-boost变换电路的输出端连接。可以通过智能管理核心对蓄电池充放电进行统一管理，蓄电池通过贮存多余的电能，在发电量不足时，向负载提供能量以保证电能稳定。
59.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
60.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。