一种多个直流电源系统能量互联网络及互联方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于能源利用技术领域，具体设及一种多个直流电源系统能量互联网络及 互联方法。
【背景技术】
[0002] 当多个太阳能阵列-蓄电池直流电源系统需要组成"能源局域网"工作时，往往因 为不同太阳能阵列-蓄电池直流电源系统会具有不同的光照和负载条件，导致某些太阳能 阵列-蓄电池直流电源系统供电过分充足而某些供电严重不足，所W运其中一个重要的问 题是如何实现每个独立电源系统的能量分配或功率共享。为达到扩展单个供配电系统功率 上限的目的，由多个太阳能电池阵列-蓄电池直流电源系统（PV-Battery Power System, PBPS)组成的"能源局域网"已形成。在实际电源系统的应用中，如附图I所示，PBI^通常是基 于全调节S3R架构。
[0003] 由于光伏阵列阴影遮挡区的存在或由于每个PBPS用户具有不同功率负载的需求， 通常需要在多个PBPS模块之间进行能量重新分配，使每个PBPS满足其自身的负载功率需 求。然而，附图1所示能量功率分配是需要通信单元和软件算法来计算的当前功率流动数值 和方向。因此，它具有低可靠性，高成本等固有缺陷。该能量分配方式的动态性能及稳定性 得不到保证。此外，无法进行模块化直接扩展，当多个系统并联时，导致软件算法和通信单 元(S&T)需作相应修改。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种简单、模块化、高稳定裕度和自主的多个直流电源系 统能量互联网络和互联方法，确保公共母线的高稳定裕度，低输出阻抗，快速的动态响应。
[0005] 为达上述目的，本发明的一种多个直流电源系统能量互联网络，所述网络包括多 个太阳能电池阵列-蓄电池直流电源系统PBPS、与所述多个PBPS对应的多个电流模式控制 的双向DC-DC变换器抓DC、公共母线误差放大器;其特征在于:所述网络通过抓DC实现能量 的分配，通过SBEA取代传统能量分配中的软件与通信单元，与此同时，传统的S3RS域调节 方式被四域的控制方式而取代;其中，所述抓DC单元中采用磁反馈技术和双向电流检测技 术实现闭环反馈控制，所述抓DC单元的输出电流根据SBEA和MEA的取小后的结果来控制;所 述四域包括SUN域、SUN-肥邸域、电池充电域、电池放电域，所述四域控制方式是在传统的S 域调节的基础上，当MEA工作在SUN-肥抓域时，B孤C将控制公共母线的提取电流，BDDC的输 出电流受MEA信号控制，而抓DC在SUN-肥邸域看成一个压控电流源。
[0006] 作为本发明的进一步改进，所述抓DC的主功率部分由推挽拓扑或者半桥拓扑或者 全桥隔离拓扑实现。
[0007] 作为本发明的进一步改进，所述系统还包括与多个抓DC对应的多个S3R系统，所述 S3R系统用于实现所述四域控制方式。
[000引作为本发明的进一步改进，多个S3R系统之间的能量分配只需要有=根导线完成， 所述=根导线为公共控制信号线、公共母线正线、公共母线回线。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述抓DC工作在W下S种不同的工作模式：
[0010]模式1:当某S3R系统中PV所产生的能量小于其用户自身消耗的能量时，MEA工作在 SUN_肥邸域，用作调节公共母线的抓DC受MEA控制，公共母线能量流向用户母线；
[0011] 模式2:当某S3R系统中PV所产生的能量远大于其用户自身消耗的能量时，MEA工作 在SUN域，BDDC受SBEA信号控制，并负责调节公共母线，用户母线的能量将流向公共母线；
[0012] 模式3:当某S3R系统中PV所产生的能量稍大于其用户自身消耗的能量时，MEA工作 在SUN域，抓DC受MEA信号控制，但它不负责调节公共母线，用户母线能量流向公共母线。
[0013] 另一方面，本发明的一种多个直流电源系统能量互联方法，应用于多个直流电源 系统能量互连网络，所述网络包括多个太阳能电池阵列-蓄电池直流电源系统PBPS、与所述 多个PBPS对应的多个电流模式控制的双向DC-DC变换器抓DC、公共母线误差放大器;其特征 在于:所述方法通过抓DC实现能量的分配，通过SBEA取代传统能量分配中的软件与通信单 元，与此同时，传统的S3R立域调节方式被四域的控制方式而取代;其中，所述抓DC单元中采 用磁反馈技术和双向电流检测技术实现闭环反馈控制，所述抓DC单元的输出电流根据S肥A 和MEA的取小后的结果来控制;所述四域包括SUN域、SUN-NEED域、电池充电域、电池放电域， 所述四域控制方式是在传统的S域调节的基础上，当MEA工作在SUN-肥邸域时，BDDC将控制 公共母线的提取电流，BDDC的输出电流受MEA信号控制，而BDDC在SUN-肥邸域看成一个压控 电流源。
【附图说明】
[0014] 图1是能源互联网的功率分配框图；
[0015] 图2是本发明的能量互联网络的结构框图；
[0016] 图3是本发明所采用的双向DC-DC变换器控制系统的示意图；
[0017] 图4是能量互联网络中S3R架构电源系统示意图；
[001引图5是MEA在S3R系统中域的划分示意图；
[0019] 图6是功率分配控制框图；
[0020] 图7是抓DC竞争逻辑示意图；
[0021 ]图8是系统等效线性框图；
[0022] 图9是PI型SBEA示意图。 具体实施方案
[0023] 下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0024] 基于"能源局域网"架构，本发明提出了一种简单、模块化、高稳定裕度和自主的多 个电源系统能量互联网络及能量互联方法:通过电流模式控制的抓DC(Bidirectional DC-DC Conve;rters，双向DC-DC变换器)来实现能量的分配，通过使用SBEA(Sha;ring Bus terror Amplifier),公共母线误差放大器)来取代传统能量分配方法中的软件与通信单元，与此同 时，传统的=域调节方式将被四域的控制方式而取代。
[0025] 所述能量互联网络的结构框图如附图2所示。主要特点如下：（1)简单:在能量分配 中不需要通信设备或软件算法，需要连接的导线只有=条。（2)模块化和自动化:使用相同 控制方式的多个系统通过唯一的模拟控制信号来参加能量互联网络。更重要的是，能量分 配的是自动进行的，无需软件计算。（3)模拟控制的采用，确保了公共母线的高稳定裕度，低 输出阻抗，快速的动态响应。
[0026] 一、B孤的控制方式
[0027] 抓DC具有控制公共母线和用户母线在两个方向之间能量流动的能力。抓DC的主功 率部分可由推挽、半桥、全桥等隔离拓扑进行实现，在本发明中优选驱动比较简单的推挽拓 扑。抓DC功能描述如附图3所示，为了保证整个系统的可靠性，在抓DC单元中采用磁反馈技 术和双向电流检测技术实现闭环反馈控制，DCDC的输出电流(Iout)通过SBEA和主误差放大 器MEA的取小后来控制。与之相应，在传统的多个S3R系统并联系统中，输出电流是由通信和 软件算法单元控制。
[0028] 二、S3R的四域控制工作原理
[0029] 基于=域控制和跨导控制方式的母线调节是S3R的主要特征，顺序开关分流调节 器S3R系统由分流调节单元(SR)、蓄电池充电单元(BCR)、蓄电池放电单元(BDR)组成，如附 图4所示。它们是通过MEA控制不同的子模块来实现的：在阳光区，S3R分流剩余的太阳能电 池能量，而电池充电调节单元在出影后W最优的方式将电池能量立刻恢复，最后，电池放电 调节单元在阴影区或在阳光区的高功率瞬态负载的作用下（功率需求大于PV的功率输出） 进行母线调节工作。
[0030] 在实际应用中，S3R的最大功率能力能够通过内部抓DC来扩展，W满足所有当前 S3R用户负载功率需求。因此，传统的=域控制的设计方式被四域的控制方式取代，如图5所 示。当MEA工作在SUN-肥抓域，抓DC将控制公共母线的提取电流，BDDC的输出电流Iout受MEA 信号控制，而抓DC在SUN-肥邸域看成一个压控电流源。因此，在SUN-肥抓域里，较低的MEA电 压对应着更高的BDDC电流从公共母线流向用户母线，反之亦然。抓DC在四个域中的运行就 好比一个MEA压控电流源，故母线电压通过调节电流进行稳压，并且多个模式之间的切换可 W自动进行。
[0031] S、SBEA的定义和能量分配方式
[0032] 公共母线的电压必须处于调节稳压状态W保证系统可靠性。能量分配的公共部分 负责调节公共母线，其中包含有电容阵和公共母线电压误差放大器SBEA。公共母线电压调 节的控制系统如附图6所示，多个S3R能量系统之间的分配只需要有=根导线完成（公共控 制信号线、公共母线正线、公共母线回线。）。
[0033] 假设在整个系统层面里，能量互联网络中的所有PV所