光伏发电系统由哪些部分构成？其作用分别是什么？
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摘要: 本文主要介绍了离网型光伏发电系统的组成。那么光伏发电系统都由哪些部分构成呢？其作用分别是什么？电工论坛小编为您一一解惑。
　　离网型光伏发电系统组成：
　　典型的光伏发电系统主要由光伏阵列、充放电控制器、储能装备或逆变器、负载等组成。其构成如图所示。
　　光照射到光伏阵列上，光能转变成电能，光伏阵列的输出电流由于受环境影响，因此是不稳定的，需要经过DC-DC转换器将其转变成稳定的电流后，才能加载到蓄电池上，对蓄电池充电，蓄电池再对负载供电。如果是并网售电，则不需要蓄电池，而是通过并网逆变器，将直流电流转换成交流电流，并到电网上进行出售。也就是说，离网型光伏发电系统必须使用到蓄电池储能，而并网型则不一定需要。
　　控制系统对光伏阵列的输出电压和电流进行实时采样，判断光伏发电系统是否工作在最大功率点上，然后根据跟踪算法，改变PWM信号的占空比，进而控制光伏阵列的输出电压使其工作点向最大功率点逼近。在蓄电池过充过放控制模块中，当蓄电池电压充电或放电到一定的设定值后，就会自动关闭或打开。
光伏阵列组件
　　光伏发电系统利用以光电效应原理制成的光伏阵列组件将太阳能直接转换为电能。光伏电池单体是用于光电转换的最小单元，一个单体产生的电压大约为0.45V，工作电流约为20~25mA/cm2，将光伏电池单体进行串、并联封装后，就成了光伏电池阵列组件。
　　当受到光线照射的太阳能电池接上负载时，光生电流流经负载，并在负载两端建立起端电压，这时太阳能电池的工作情况可以用下图所示的太阳能电池负载特性曲线来表示。它表明在确定的日照强度和温度下，光伏电池的输出电压和输出电流以及输出功率之间的关系，简称I-V特性和P-V特性。从图中可以看出，光伏发电系统的特性曲线具有强烈的非线性，既非恒压源也非恒流源。从其P-V特性曲线可以看出，在日照强度一定的前提下，其输出功率近似于一个开口向下的抛物线。该抛物线顶点对应的功率即为该日照强度下的P-V曲线的最大功率点，对应的电压称为最大功率点电压。为了提高光伏发电系统的转化效率，就必须使系统保持运行在P-V曲线最大功率点附近。
　　光伏电池阵列的几个重要技术参数：
　　1）短路电流（Isc）：在给定日照强度和温度下的最大输出电流。
　　2）开路电压（Voc）：在给定日照强度和温度下的最大输出电压。
　　3）最大功率点电流（Im）：在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电流。
　　4）最大功率点电压（Um）：在给定日照和温度下相应于最大功率点的电压。
　　5）最大功率点功率（Pm）：在给定日照和温度下太阳能电池阵列可能输出的最大功率。
　　DC-DC转换器
　　光伏电池板发出的电能是随着天气、温度、负载等变化而不断变化的直流电能，其发出的电能的质量和性能很差，很难直接供给负载使用。需要使用器件构成的转换器，也就是DC-DC转换器，将该电能进行适当的控制和变换，变成适合负载使用的电能供给负载或者电网。电力电子转换器的基本作用是把一个固定的电能转换成另一种形式的电能进行输出，从而满足不同负载的要求。它是光伏发电系统的关键组成成分，一般具备有几种功能：最大功率点追踪、蓄电池充电、PID自动控制、直流电的升压或降压以及逆变。
　　DC-DC转换器输出电压和输入电压的关系通过控制开关的通断时间来实现的，这个控制信号可以由PWM信号来完成。主要工作原理是保持通断周期（T）不变，调节开关的导通持续时间来控制电压。D为PWM信号的占空比。
　　根据输入和输出的不同形式，可将电力电子转换器分为四类，即AC-DC转换器、DC-AC转换器、DC-DC转换器和AC-AC转换器。在离网型光伏发电系统中采用的是DC-DC转换器。
　　DC-DC转换器，其工作原理是通过调节控制开关，将一种持续的直流电压转换成另一种（固定或可调）的直流电压，其中起续流的作用，LC电路用来滤波。DC-DC转换电路可以分为很多种，从工作方式的角度来看，可以分为：升压式、降压式、升降压式和库克式等。
　　降压式转换器（BuckConverter）是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流转换器；升降压式变换器（Buck-BoostConverter）转换电路的主要架构由PWM控制器与一个变压器或两个独立电感组合而成，可产生稳定的输出电压。当输入电压高于目标电压时，转换电路进行降压；当输入电压下降至低于目标电压时，系统可以调整工作周期，使转换电路进行升压动作；而升压式转换器（BoostConverter）是输出电压高于输入电压的单管不隔离直流转换器，所用的电力电子器件及元件和Buck转换器相同，两者的区别仅仅是电路拓扑结构不同。
　　蓄电池
　　在独立运行的光伏发电系统中，储能装置是必不可少的。现在可选的储能方法有很多，如器储能、飞轮储能、超导储能等，但是从方便、可靠、价格等综合因素来考虑，大多数大中型的光伏发电系统都使用了免维护式的铅酸蓄电池作为系统的储能装置。
　　但选用铅酸蓄电池也有不足之处，它比较昂贵，初期投资能够占到整个发电系统的1/4到1/2，而蓄电池又是整个系统中较薄弱的环节，因此如果管理不当，会使蓄电池提前失效，增加整个系统的运营成本。
　　光伏控制模块
　　光伏控制模块以为控制中心，为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效地为蓄电池充电。并在它充电过程中减少蓄电池的损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命，同时保护蓄电池免受过充电和过放电的危害。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电（由于受天气等外界因素的影响，太阳电池阵列发出的直流电的电压和电流不是很稳定），同时也通过控制电路（光控、声控等）来实现全自动开关灯功能。
　　单片机的主要工作是将电流采集电路和电压采集电路采集到的电流、电压进行运算比较，然后通过MPPT算法来调节PWM的占空比D，使光伏阵列组件工作在最大功率点处。
　　离网型逆变器
　　住宅用的离网型光伏发电系统因为部分负载是交流负载，因此还需要离网型逆变器，把光伏组件发出的直流电变成交流电给交流负载使用。光伏离网型逆变器与光伏并网型逆变器在主电路结构上没有较大区别，主要区别在光伏并网型逆变器需要考虑并网后与电网的运行安全。也就是同频;同相;抗孤岛等控制特殊情况的能力。而光伏离网型逆变器就不需要考虑这些因数。
　　为了提高离网型光伏发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，逆变器的性能指标非常重要。
　　离网型光伏发电系统的应用：
　　离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。
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举例说明电力电子技术在实际中的应用,要求就某一应用进行较为详细的理论分析；另外分析电力电子技术的发展趋势（800-1000字）我要 明明白白 写出来的
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我当时的课程论文.如果采纳需要的话可以给你电子稿.电力电子技术在分布式发电中的应用
（浙江大学电气工程学院 电子信息工程） 摘要：分布式发电以其高效、清洁、灵活的特点被世界各国所重视,成为21世纪电力系统最重要的研究方向之一.本文主要通过电力电子技术对电能的转换,电力电子技术对电能质量的改善等方面介绍了电力电子技术在分布式发电中的应用.关键词：电力电子分布式发电分布式电源电能转换电能质量Applications of Power Electronics in DistributedGeneration
(Collegeof Electrical Engineering,Zhejiang Unversity,Hangzhou)Abstract: Because of itshigh eficiency,cleanness and flexibility,DistributedGeneration (DG)has been paid more attention by many countries in the world andhas become one of the most important research in power system in 21st．This paper briefly introduces the applications Power Electronics inDG through the power transforming by power electronics and the improvement of powerquality by power electronics.Keywords:PowerEDistibuted GDistibuted SPower Quality
0 引言分布式发电（DistributedGeneration,DG）技术是未来能源技术即电力领域的重要方向.其具有能源利用率高、提高能源供应可靠性和经济效益好的特点.尤其是对于人口众多、资源有限的国家来说,分布式发电技术更是进行可持续发展的最佳选择.[1]
尽管分布式发电技术具有极大的应用潜力,但目前仍未被电力部门所广泛接受.这主要是因为在分布式发电技术中存在着数量众多的分布式电源（Distributed Resource,DR）.一方面,这些分布式电源如何通过电能变换接入电网技术上依然不是十分成熟；另一方面,当数量众多的分布式电源接入电网后,配电网根本性的变化使得电网各种
保护定值与机理发生了深刻变化,同时分布式电源的并网运行可能会引起电网电压和频率偏移、电压波动和闪变等电能质量问题.[2]而这些问题中很大一部分恰恰是电力电子技术可以解决的. 1 分布式发电1.1 分布式发电的定义DG是相对于传统集中式供电方式而言的,是指位于或接近负荷的、模块似的与环境兼容的发电设施,他们或接在配电网上或独立运行,经济、高效、可靠地发电.其主要结构如图1所示. [1]黄胜利 , 张国伟 孔 力. 电力电子技术在微电网中的应用[J].电气应用,）：55-58.[2]莫颖涛 吴为麟.电力电子技术在分布式发电中的应用[J]. 华北电力术,-54. 图11.2分布式发电的特点DG系统规模和功率较小；高效、经济、可靠、污染小；独立运行或接在配电网上,并位于负荷附近；对于可再生能源分布式发电,输出功率是间断的.DG在被提出和运用之后,一度被视为解决现有大电网结构臃肿、供用电分离的弊病的良药,这一技术由于其固有特点,要想得到进一步推广,还有不小的问题,其相对于传统发电方式自身容量小,能量输出不稳定,这些问题是分布发电自身先天弱点所致,难以独立克服.[3]2 电力电子技术在分布式电源电能变换中的应用2.1 分布式发电中电能变化的基本分类分布式电源根据使用的一次能源不同大致可以分为两种类型：一种是直流源型,如太阳能、燃料电池和蓄电池等；另一种是需要整流的高频交流源型,如风力发电机、微型燃气轮机等.这两种类型的电源最后都需要转换成标准的工频交流电供给负荷或并网.因此,在整个能量的变换过程中使用到了电力电子技术中的AC—DC,DC—DC和DC—AC三种变流技术.2.1.1 AC-DC变换风力发电机、微型燃气轮机等为不稳定的交流电源,需要首先把它们变成直流电,然后再通过逆变技术变成稳定的交流电.通常使用二极管整流技术. 2.1.2 DC-DC变换太阳能、燃料电池和蓄电池等为直流电源,由于它们的电压等级低,所以必须采用DC—DC中的Boost电路升压至合适的电压等级,然后再进行逆变.另外分布式电源具有在功率输出变化时响应时间长的特点,如微型燃气轮机的响应时间在秒级,而燃料电池则需要数分钟,所以在负荷突变或给定功率变化时会出现有功功率的供给不足；太阳能和风力发电具有波动性大的特点,所以系统中需要加入储能单元.储能单元可以选用超级电容器或蓄电池,同样需要采用Boost电路升压至母线电压.反之,当母线电压过高时,需要采用Buck电路降压对储能单元进行充电,所以储能单元往往采用双向DC—DC进行充放电.[4]2.1.3 DC-AC变换通过AC—DC或DC—DC技术把分布式电源变换到合适电压等级的直流电后,需要采用DC—AC把直流电变换为标准的交流电,供给负荷或并网. 2.2 几种具体应用在分布式发电中的电力电子技术分布式发电目前公认的几种常用而且成本较低的系统是以下几种：[5](1)风能发电系统；(2)光电池；(3)微型气轮机；(4)燃料电池.在这些新型分布式发电系统中,电力电子设备在能量的转换中起到极其关键的技术.任何一种形式的分布式发电都要解决分布式电源与电网、用户、储能系统之间的接口能量转换问题. [3]安明瑞 吴冰冰 乔琨. 分布式发电及其应用综述[J].电源应用技术,）：40-43.[4] 梁有伟,胡志坚,陈允平． 分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述[J]． 电网技术,)：71-75．[5]王志群,朱守真,周双喜,等．分布式发电接入位置和注入容量限制的研究[J]．电力系统及其自动化学报,)：53-58． 2.2.1 风能并网系统中的电力电子技术19世纪末丹麦开始研究风力发电技术.它属于交流性质的DGRs.风力发电技术是将风能转化成电能的发电技术,其输出功率由风能决定.风速作用在风力机的叶片上产生转矩,该转矩驱动轮盘转动,通过齿轮箱高速轴、刹车盘和联轴器再与异步发电机转子相连,从而发电运行.由于自然风速的大小和方向是随机变化的,风能具有不稳定性.如何使风力发电机的输出功率稳定是风力发电技术的一个重要的问题.
对于一个一个异步发电机系统,首先经过二极管整流器的整流,然后经过逆变器逆变,再与交流电网相连；机械频率与转子转差频率之和等于电网的频率,转换器的额定功率决定于所选择的速度范围.当异步发电机运行在额定同步转速之上时,转换系统可以实现功率逆向流动.[6] 2.2.2光伏发电系统中的电力电子技术光伏发电系统是属于直流性质的DGRs,是将太阳能电池发出的直流电转化为与电网电压同频、同相的交流电,并且实现既向负载供电,又向电网发电的一个系统.并网系统的核心是并网逆变器,它同时也应该具有独立光伏发电系统的一些功能和特点.它主要由太阳能电池方阵和逆变器两部分组成.光电系统进行能量转换的通用方法是：使用直流一交流(DC-AC)逆变器,将存储在光电池中的直流能量转换为大电网同步的交流电压.[7] 2.2.3燃料电池发电系统中的电力电子技术燃料电池是属于直流性质的DGRs,通过电化学过程将化学能转化成电能,具有效率高、清洁无污染、噪音低、安装便捷经济等特点.燃料电池产生的直流电压经过一个直流一交流(DC-AC)逆变器进行转换,转变为交流电压,其转换过程和光电系统相似直流输电与交流输电相比有许多优势.[8]所以在以上几种发电类型中,电能的传送都是采用直流输电的形式,但是大电网以及人们生活、生产需要的是频率稳定的交流电,所以由电力电子设备组成的整流、逆变电路及其它电力电子接口设备在分布式发电系统的能量转换和传递中起到极其关键的作用. 3 电力电子技术在分布式发电电能质量改善中的应用 3.1 分布式发电(DG)对电能质量不利影响(1)对电压闪变造成影响 电压闪变是灯光照度不稳定而造成的视感,传统电网引起电压闪变的主要原因是负荷的瞬时变化,随着分布式发电的引入,将带来引起电压闪变的其他因素,这些因素主要是以下几个方面：某个大型分布式单元的启动,分布式单元输出的短时剧变,以及分布式单元与系统中电压反馈控制设备相互作用而带来的不利影响.[9](2)给系统带来大量谐波众所周知,电力系统中存在大量的非线性成分从而引入了大量的谐波,谐波的引入对电力系统造成的危害有：增加了电站和用户设备的功率损耗；使敏感负荷或者控制设备发生故障；电网波形中谐波成分比例过大,会使一些电力设备寿命减少.[10]由于电力电子器件大量应用于分布式发电,供电系统中增加了大量的非线性负载,所以不可避免的给系统带来大量谐波,至于带来谐波的幅度和阶次受到发电方式以及转换器的工作模式的影响.
[6]胡学浩．分布式发电(电源)技术及其并网问题[J]． 电工技术杂志,2004 (10)：1-5．[7] 张超,王章权,蒋燕君.无差拍控制在光伏并网发电系统中的应用[J]．电力电子技术,) ：5-5.[8] 唐西胜． 超级电容器储能应用于分布式发电系统：[博士学位论文][D]． 齐智平：中国科学院电力系统及其自动化,2006．[9] 胡学浩．分布式发电(电源)技术及其并网问题[J]． 电工技术杂志,2004 (10)：1-5．[10]程华,徐政．分布式发电中的储能技术[J1．高压电器,)：53-56．3.2 电力电子技术对电能质量的改善电能研究协会(EPRI)为了寻找改善分布式系统性能的先进技术,现已做了大量深入的研究.这种用户电力(CUSTOM POWER)的技术将现代电力电子控制器、分布自动化以及完整的通信结合在一起,为用户终端提供高质量的电能.尽管非常有用,但是CUSTOM POWER 设备应用在分布式系统中的范围很有限.近年来,一些用于快速控制的设备陆续被研制出来,固态断路器(SSB)、静态无功补偿器(STATCOM )和动态电压恢复(DVR)都属于现代电力电子控制器.STATCOM、LTC与机械转换电容三者相互协调可以减少系统电压波动.以STATCOM 为代表的这些用于分布式系统控制的电力电子设备已经得到充分的论证,这些设备不仅可以实现连续控制而且还可以对系统变化作出实时反应.分布式系统中用电力电子设备来控制电能质量,现在应用得还很保守,主要是因为成本太高,只有在非常重要的负荷(如医院)才采用这种方法.最为普遍的电力电子设备是UPS,它在计算机系统中得到非常广泛的应用.[11]由于以后计算机技术将会更加深入到生活和生产中,所以对经济性的电力电子设备的需求将急剧增加,其中一些经济性电力电子设备将用于处理瞬时扰动、电压陷落或其它电能质量问题. 4 结语由于当前发电模式的种种弊端,非可再生能源的枯竭,世界各国对环境保护的重视,分布式发电将成为未来世界最主要的发电模式.从本文对分布式发电的多方面分析可以看出,电力电子技术在分布式发电中有着极其广泛的应用,因此大力研究推广电力电子技术可以为分布式发电技术打开新的突破口,从而进一步促进可再生能源的普及与推广. 参考文献 [1]黄胜利 , 张国伟 孔 力. 电力电子技术在微电网中的应用[J].电气应用,）：55-58.[2]莫颖涛 吴为麟.电力电子技术在分布式发电中的应用[J]. 华北电力术,-54.[3]安明瑞 吴冰冰 乔琨. 分布式发电及其应用综述[J].电源应用技术,）：40-43.[4] 梁有伟,胡志坚,陈允平． 分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述[J]．电网技术,)：71-75．[5]王志群,朱守真,周双喜,等．分布式发电接入位置和注入容量限制的研究[J]．电力系统及其自动化学报,)：53-58．[6]胡学浩．分布式发电(电源)技术及其并网问题[J]． 电工技术杂志,2004 (10)：1-5．[7] 唐西胜． 超级电容器储能应用于分布式发电系统：[博士学位论文][D]． 齐智平：中国科学院电力系统及其自动化,2006．[8] 张超,王章权,蒋燕君.无差拍控制在光伏并网发电系统中的应用[J]． 电力电子技术,2007,41(7) ：5-5.[9] 胡学浩．分布式发电(电源)技术及其并网问题[J]． 电工技术杂志,2004 (10)：1-5．[10]程华,徐政．分布式发电中的储能技术[J1．高压电器,)：53-56．[11]吴靖,江吴．分布式发电的应用及前景．农村电气,2003,(7)：1 9-20.
[11]吴靖,江吴．分布式发电的应用及前景．农村电气,2003,(7)：1 9-20.
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为了进一步理解本实用新型，作为说明书一部分的附图指示了本实用新型的实施例，而所作的说明用于解释本实用新型的原理。图1为本实用新型的系统结构原理框图。图2为本实用新型的带上电保护的IGBT驱动电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。本实用新型主体结构如图1所示，采用模块化控制结构，能量可控输出装置控制燃料电池能量的输出，主要由升压调节模块、降压调节模块、基于CAN总线的主控制模块、 故障诊断与报警模块组成。在本实施例中，该装置输出功率可达6KW。升压调节模块电路原理图如图1所示，由升压斩波电路组成。燃料电池输出正极 (+)通过电流检测1与升压调节模块的输入端R1+相连，燃料电池输出负极㈠与升压调节模块的输入端R1-相连，主控制模块发出PWM驱动信号给升压调节模块，使燃料电池的输出电压升高至一定电压值。本实施例中，升压调节模块将燃料电池输出电压由29V-76V可升压至65-76V。降压调节模块电路原理图如图1所示，由降压斩波电路组成。降压调节模块的输入端U21+与升压调节模块的输出端U10+相连，降压调节模块的输入端U21-与升压调节模块的输出端连，主控制模块发出PWM驱动信号给降压调节模块，使燃料电池经升压调节模块升上去的电压降低至可控电压值。本实施例中，降压调节模块将升压调节模块的输出电压由65-76V降压至用户给定电压值43-58V。基于CAN总线的主控制模块为能量可控输出装置的核心，主要由微控制器(MCU)、 A/D采样电路、带上电保护的IGBT驱动电路、散热风扇控制电路、蜂鸣器与数码显示控制电路、CAN总线与RS-485总线接口电路组成。在本实施例中，MCU为TI公司的电机专用控制 DSP芯片TMS320LFM07。A/D采样电路实时采集输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、 负载电流、升压调节模块温度以及降压调节模块温度信号，经滤波后传给A/D芯片转换成数字信号，最后通过SPI接口输入给MCU处理。MCU的PWM单元输出引脚PWMl和PWM2分别与带上电保护的IGBT驱动电路的输入引脚Al、Bl相连，带上电保护的IGBT驱动电路的输出引脚Gl与升压调节模块的功率管VTl的控制级相连，输入引脚C1、E1分别与功率管VTl 的集电极、发射极相连，带上电保护的IGBT驱动电路的输出引脚G2与降压调节模块的功率管VT2的控制级相连，输入引脚C2、E2分别与功率管VT2的集电极、发射极相连，MCU产生两路PWM信号，经过带上电保护的IGBT驱动电路后同时驱动升压调节模块和降压调节模块。 散热风扇控制电路由MCU的I/O 口控制，输出与继电器隔离相连，控制散热风扇的启停。蜂鸣器与数码显示控制电路由MCU的I/O单元隔离驱动，数码管分时显示输出电压、输出电流及输出功率状态信息，并在故障状态下显示故障代码。CAN总线接口为主控制模块与用户之间的控制接口，用户根据实际能量需要给出输出电压、电流或输出功率的给定值信号，经过CAN总线接口电路后传送给MCU，作为给定信号参考值。RS-485总线接口可连接控制器或外接RS-485/RS-232转换器后连接PC机，实时提供本实用新型装置的工作状态和故障信息，实现远程在线监测和故障诊断。在本实施例中，升压调节模块与降压调节模块的功率开关管为IGBT，带上电保护的驱动电路如图2所示，由反相驱动器、电平幅值转换器、驱动模块及电阻、电容、二极管组成，保障IGBT在初始系统上电状态下的安全关闭。反相驱动器接收来自MCU输出的DPWMl、 DPWM2信号并将该信号翻转成驱动信号NPWMl、NPWM2,反相驱动器的使能端由MCU输出的 IGBTEN信号来控制，电平幅值转换器将VCC标准电平的驱动信号NPWM1、NPWM2转换成VDDl 标准电平的信号ZPWM1、ZPWM2输入给驱动模块。本实施例中VCC电平为3. 3V，VDDl电平为5V，电平幅值转换器为744245系列芯片，驱动模块为2SC0435T。如VCC电平为5V标准电平，则可不需要电平幅值转换器。一旦IGBT短路故障发生，驱动模块SO引脚输出低电平信号，二极管D3导通，Faultl信号被二极管D3箝位为低电平，输出给MCU的外部中断引脚 PDPINT,由MCU内嵌软件进行故障处理程序。蓄电池与燃料电池一起参与能量的分配。蓄电池的正极⑴与降压调节模块输出端U2J通过电流检测2相连，蓄电池负极㈠与降压调节模块输出端U20-相连，电流检测2 采样能量可控输出装置的输出电流I。ut。同时蓄电池的正极⑴通过电流检测3与负载正极⑴相连，蓄电池的负极㈠与负载负极㈠相连，电流检测3采样负载电流IlMd，流经蓄电池电流Ib由ilMd-i。ut计算得出。在本实施例中，uin-、Un-、U1Q-、&-、&-、U。ut-在电气连接上实为同一参考点“地”。当ilMd-i。ut & 0时，燃料电池和蓄电池同时放电，两者能量释放的多少由用户通过控制能量可控输出装置的输出来分配，本实施例中，通过电流模式或者电压模式或者功率控制模式来实现。当Iltjad-Itjut = 0时，蓄电池处于不充不放的状态，这
7时候负载所需能量全部由燃料电池来提供，能量可控输出装置也即工作在负载功率跟随模式下；当I1--Iout &0时，燃料电池除提供负载所需能量外，还向蓄电池充电，充电多少及充电方式由用户根据蓄电池的荷电状态来决定，本实施例中既可以采用电压控制模式进行恒压充电，也可采用电流控制模式恒流充电。主控模块采用软启动算法同时控制升压调节模块和降压调节模块。在开机启动和控制模式改变时，升压调节模块与降压调节模块的驱动信号以当前控制值为基础缓慢增加或减少，使燃料电池的能量输出缓慢变化，抑制电压、电流的突变。故障诊断与报警模块由蜂鸣器、LED、PC机监控系统组成。主控制模块实时采集电压、电流及温度等能量可控输出装置的状态信息，并通过RS-485接口远距离传送出去，经由RS-485/RS-232转换器传送给PC机处理，主控制模块与PC机监控系统都能实时诊断欠压、过压、过流、过温以及传感器安装失灵症状，当该装置出现故障时，自动进行功率输出保护，并通过LED显示相应的故障代码及蜂鸣报警，PC机同时显示故障信息和位置。最后应说明，本实用新型的实施仅用于说明技术方案而非限制。一切不脱离本实用新型技术方案的精神和范围的修改和替换，均应纳入在本实用新型的权利要求范围当中。本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本专业领域技术人员公知的现有技术。
权利要求1.一种燃料电池能量可控输出装置，包括升压调节模块、降压调节模块、基于CAN总线的主控制模块、故障诊断与报警模块，基于CAN总线的主控制模块分别与升压调节模块、 降压调节模块、故障诊断与报警模块相连接，其特征在于燃料电池输出正极通过电流检测 1与升压调节模块的输入端U11+相连，燃料电池输出负极与升压调节模块的输入端U11-相连，升压调节模块的输出端Uw+与降压调节模块的输入端U21+相连，升压调节模块的输出端 U10-与降压调节模块的输入端U21-相连，燃料电池输出电能经升压调节模块与降压调节模块两级变换后，输出电压、电流、功率均可控的直流电能；降压调节模块输出端U20+通过电流检测2与蓄电池的正极相连，降压调节模块输出端^r与蓄电池负极相连；同时蓄电池的正极通过电流检测3与负载正极相连，蓄电池的负极与负载负极相连。
2.如权利要求1所述的燃料电池能量可控输出装置，其特征在于所述基于CAN总线的主控制模块包括微控制器MCU、A/D采样电路、带上电保护的IGBT驱动电路、散热风扇控制电路、蜂鸣器与数码显示控制电路、CAN总线与RS-485总线接口电路；A/D采样电路的输入引脚Iin与电流检测1的信号输出相连，输入引脚Uin与电压检测1的信号输出相连，输入引脚T1与温度检测1的信号输出相连，输入引脚T2与温度检测2的信号输出相连，输入引脚I。ut与电流检测2的信号输出相连，输入引脚U。ut与电压检测2的信号输出相连，输入引脚Iltjad与电流检测3的信号输出相连，检测信号经A/D采样后通过SPI接口输入给MCU处理；MCU的PWM单元输出引脚PWMl和PWM2分别与带上电保护的IGBT驱动电路的输入引脚 Al、Bl相连，带上电保护的IGBT驱动电路的输出引脚Gl与升压调节模块的功率管VTl的控制级相连，输入引脚C1、E1分别与功率管VTl的集电极、发射极相连，带上电保护的IGBT 驱动电路的输出引脚G2与降压调节模块的功率管VT2的控制级相连，输入引脚C2、E2分别与功率管VT2的集电极、发射极相连，MCU产生两路PWM信号，经过带上电保护的IGBT驱动电路后同时驱动升压调节模块和降压调节模块；散热风扇控制电路由MCU的I/O 口控制，输出与继电器隔离相连，控制散热风扇的启停；蜂鸣器与数码显示控制电路由MCU的I/O单元隔离驱动；主控制模块同时集成CAN总线与RS-485总线接口，实现远程在线监控和故障诊断。
3.如权利要求2所述的燃料电池能量可控输出装置，其特征在于所述带上电保护的 IGBT驱动电路包括反相驱动器、电平幅值转换器、驱动模块及电阻、电容、二极管；微控制器(MCU)输出引脚PWMl、PWM2与反相驱动器的输入引脚Al、B1相连，将MCU发出的DPWMl、 DPWM2信号翻转成驱动信号NPWM1、NPWM2 ；反相驱动器的使能引脚CS与MCU的I/O引脚相连，反相驱动器的使能由MCU的I/O引脚输出IGBTEN信号来控制；反相驱动器的输出引脚 Xl与电平幅值转换器的输入引脚A2相连，反相驱动器的输出引脚Yl与电平幅值转换器的输入引脚B2相连，电平幅值转换器的输出引脚X2与驱动模块的输入引脚INA相连，电平幅值转换器的输出引脚Y2与驱动模块的输入引脚INB相连，电平幅值转换器将VCC标准电平的驱动信号NPWM1、NPWM2转换成VDDl标准电平的驱动信号ZPWM1、ZPWM2 ；MCU的功率保护引脚PDPINTA连接二极管D3的阳极，同时通过Rl电阻上拉到VCC电源，D3的阴极与驱动模块的SO引脚相连，同时通过R2电阻上拉到VDD2电源；IGBT发生短路故障时，驱动模块SO 引脚输出低电平信号，二极管D3导通，Faultl信号被二极管D3箝位为低电平，MCU检测到该低电平信号进行故障处理。
4.如权利要求1所述的燃料电池能量可控输出装置，其特征在于故障诊断与报警模块实时监测能量可控输出装置的状态信息，并通过RS-485接口远距离传送出去，经由 RS-485/RS-232转换器传送给PC机显示处理，当该装置出现故障时，自动进行功率输出保护，并通过LED显示相应的故障代码及蜂鸣报警，PC机同时显示故障信息和故障位置。
专利摘要实用新型涉及一种燃料电池能量可控输出装置及控制方法，采用模块化结构设计，能量可控输出装置控制燃料电池能量的输出，燃料电池能量可控输出装置包括升压调节模块、降压调节模块、基于CAN总线的主控制模块、故障诊断与报警模块。本实用新型采用2级变换技术，输入电压承受范围宽，输出电压、电流、功率均可控，并可自动跟随负载功率输出能量。本实用新型设计了带上电保护的IGBT驱动电路、故障诊断与报警模块，增强了装置工作的安全性。本实用新型转换效率高，既可用于燃料电池，也可用于其它电压输出范围很宽的能量设备，适合在各种电力电子领域使用。
文档编号H02J7/00GKSQ
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发明者全书海, 全琎, 张锐明, 熊荧, 黄亮 申请人:全琎