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面向能量收集的三大关键电源技术前景

电源技术取得任何的突破,将促使能量收集技术基础性变革


  来源: 电子技术应用 时间:2020-01-19 编辑:马致远
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]提出利用光伏电池空载电压信息估测MPP工作电压,在此基础上构建的MPP滞环模拟控制电路令光伏能量收集效率获得提升。结合可重构Charge Pump变换器的工作特点,提出一种MPP模数混合控制方案,即先采用光伏电池MPP工作电压估测的方法确认电压传输比的可选范围,再通过工作频率扫描跟踪的方法找到并锁定最优的电压传输比和工作频率,以此获取MPP。类似地,为Charge Pump变换器设计了一种不采用任何电流传感器的低功耗MPP控制电路。当Charge Pump变换器的输出电压因光强变化发生跌落时,该MPP控制电路的核心部分会启动并采用扫描方式调节光伏电池工作电压的参考值直至光伏电池的输出电压与参考电压一致,以此获得MPP。有的则建议采用低功耗的单片机和可编程逻辑器件来实现各种MPP数字控制算法,包括扰动观测法、增量电导法、模糊逻辑控制法、电流扫描法、纹波相关控制法等。


2.2面向热能收集的代表性MPP控制方案


基于实测的热能发电机等效电路模型,成功地将扰动观测法植入热能收集应用中。文献[19]则采用阻抗匹配法获得MPP,根据热能发电机的等效内阻预先计算并设定Boost变换器的工作频率。在此基础上,有的研究者又提出一种自适应的阻抗匹配法,即定期跟踪热能发电机的空载电压,实时调整Boost变换器的工作频率,确保热能发电机的工作电压始终等于其空载电压的一半。


2.3面向机械能收集的代表性MPP控制方案


振动能是一种常见的机械能。鉴于振动能发电机的等效电路模型与热能发电机的等效电路模型相似,面向振动能收集的MPP控制方法既可参照面向热能收集的MPP控制方法,也可参照面向光能收集的MPP控制方法。就两级结构的AC-DC整流器,提出根据负载电流变化率对后级Buck变换器的占空比进行调节的方案,通过获得负载电流最大值来确保两级结构的AC-DC整流器运行于MPP。为解决持续跟踪MPP的控制电路自身损耗较大的问题,文献[22]提出一种松散的功率流控制方法,即采用以MPP工作电压为基准的滞环控制电路,间歇性地控制DC-DC变换器的运行状态,使之始终接近MPP。采用超低功率模拟电路和零偏置电流动态电路设计了静态电流低至450 nA的自适应阻抗匹配MPP控制器。


3.面向能量收集的电能管理控制方法与实现


不同类型甚至相同类型的能源之间存在着一定的互补性,若能同时加以利用,可有效地减小电能存储元件的容量。目前,关于多源能量收集与管理系统整合与优化的研究工作主要聚焦于整合DC-DC变换器和AC-DC整流器,实现DC-DC变换器和AC-DC整流器输入侧和输出侧的电气兼容;整合MPP控制方法,实现整个系统在多源输入的情况下仍能处于最佳运行状态。


3.1不同类型多源整合的代表性方案


多源能量收集与管理系统需要具备兼容直流(DC)型能量收集器和交流(AC)型能量收集器的能力。文献[24]将有源整流电路和DCM Buck-Boost变换器整合成一个兼容DC和AC的单输入电能转换模块,通过控制有源整流电路中四个MOSFET的状态可规划出DC-DC和AC-DC两种电能变换路径。同时,采用统一的迭代型MPP模拟控制电路,令DCM Buck-Boost变换器运行于MPP附近。文献[25]将多通道的开关接口电路和Buck-Boost变换器级联成了一个多DC输入和多AC输入的电能转换模块,并采取优先权策略来确保多路输入源能协调工作。针对机械振动能通道采用与输入电压峰值同步获取电能的MPP控制方法,针对光能和热能通道则采用开路电压比率的MPP控制方法。文献[26]在Boost变换器和Buck-Boost变换器的基础上,采用开关矩阵构建了一个多源输入的双路径电能转换模块,并提出了阻抗匹配法与扰动观测法时分复用的MPP获取方案。


此外,合理地收集并利用多种能量,通过取长补短的方式可满足某单一能源对能量收集与管理系统的特殊要求,令整个能量收集与管理系统更容易实现。


3.2相同类型多源整合的代表性方案


相同类型的能量也存在着差异,因此多源能量收集与管理系统也需要包容相同类型能量之间的差异。针对多个错峰的机械振动能收集应用,文献[28]在Buck-Boost变换器的基础上构建了一个多输入的开关同步变换器,同时采用输入电压峰值同步获取电能的MPP控制方法。针对多个光能收集的应用,文献[29]考虑常规MPP控制方案带来的损耗,建议DC-DC变换器在高光照强度下仍采用常规的MPP控制方案,但是在低光照强度下则改用损耗较小的直接耦合的工作方式。


4. 有待解决的3大关键科技难题


关键词:能量收集 电源技术 电力电子电路    浏览量:1130

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