光伏、风能、燃料电池等新能源具有清洁、无污染、储量丰富等优点,受到人们越来越多的重视。然而,单一新能源发电通常存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件和昼夜环境变化等缺陷,为提高发电系统的稳定性和连续性,需要采用多种新能源联合供电的分布式发电系统。
文献[7-11]提出了单输入直流变换器型两级多新能源分布式发电系统,它是由输出端串联或并联的多个单输入直流变换器和Buck型逆变器级联构成。该分布式发电系统的输入源可独立工作,系统灵活性高,但存在电路结构复杂、两级功率变换、功率密度低、成本高等缺陷,其实用性受到很大程度的限制。
为简化电路结构、降低成本,可采用一个多输入直流变换器取代多个单输入直流变换器,构成一类多输入直流变换器型两级多新能源分布式发电系统,但电路结构、功率密度和变换效率仍不够理想。
文献[12-15]提出的并联分时供电Buck/Buck- Boost/Sepic/Cuk型多输入直流变换器,具有电路拓扑简单、多输入源并联分时向负载供电、占空比调节范围小、变换效率偏低等特点。文献[16,17]提出的多绕组分时供电型多输入直流变换器,具有输出输入间和多输入源间双隔离、多输入源分时向负载供电、占空比调节范围小、变压器绕组多、变换效率偏低等特点。
文献[18,19]提出同时供电的直流变换器型多输入分布式发电系统,具有输出与输入隔离、多输入源同时向负载供电、占空比调节范围大等特点,但存在一路输入源三级功率变换、电路结构复杂、变换效率不够理想[18]或双输入源间存在环流等不足。
此外,文献[12-14,16,17]未论述多输入直流变换器的能量管理控制策略,文献[15,18,19]仅简述了发电系统中前级多输入直流变换器的最大功率能量管理控制策略,光伏电池、风力发电机等新能源发电设备以最大功率输出,蓄电池维持直流母线电压稳定,该最大功率能量管理控制策略并不适用于多输入逆变器。
文献[12]论述的并联分时供电型双输入直流变换器,在输入源电压41V/46V、输出电压300V、满载200W时的变换效率为92.6%。文献[13-18]未给出变换效率等性能指标。文献[19]论述的两级式双输入逆变器,在输入源电压35V/36V、输出电压AC230V(50Hz)和阻性满载500W时的变换效率为92.2%。
为了克服上述分布式发电系统的不足,即需要进一步简化电路结构和提高变换效率,本文提出并深入研究一类准单级隔离Buck-Boost型多输入逆变器电路结构与拓扑族,及其不同供电模式平滑无缝切换的主从功率分配能量管理正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation, SPWM)控制策略,为实现优良性能的小容量分布式离网供电系统奠定关键技术基础。
(a)控制原理框图
(b)控制原理波形
图6 多输入源主从功率分配能量管理SPWM控制策略