CN114884116A - 电源电路、新能源控制系统及能源协调方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源电路、新能源控制系统及能源协调方法，包括：交流转直流模块，将交流电源的电压转换为母线电压；N组新能源补给模块，产生电能并为直流母线补给能量；其中，各新能源补给模块均包括新能源发电装置、新能源控制单元、储能电池及双向直流转直流单元；新能源发电装置基于新能源产生电能；新能源控制单元连接新能源发电装置的输出端，控制新能源发电装置转换电能输出；储能电池连接新能源控制单元的输出端，用于储存电能；双向直流转直流单元的一端连接新能源控制单元的输出端，另一端连接直流母线，用于实现储能电池与直流母线之间的双向能量转化。本发明在孤岛运行时不存在环流，电池寿命长，系统效率高，系统稳定性高。

Description

电源电路、新能源控制系统及能源协调方法

技术领域

本发明涉及电源领域，特别是涉及一种电源电路、新能源控制系统及能源协调方法。

背景技术

随着新能源技术的不断发展，将新能源发电装置与电网结合实现直流微电网互补系统被越来越多的应用到供电系统中。如图1所示，现有技术中提出一种直流微网结构，其中，交流电网、光伏、蓄电池及燃料电池分别通过对应的AC/DC变换器及DC/DC变换器连接到直流母线上；并网运行时采用三阶段充电法对蓄电池进行充电，孤岛运行时采取电压下垂控制方法控制蓄电池充放电，能实现储能电池和母线间的能量双向流动，通过充放电调节直流微网内部的功率平衡，稳定母线电压。

但是，上述直流微网结构存在以下问题：1、孤岛运行时，由于储能电池的DC/DC变换器采用电压下垂的控制方式，储能单元之间会存在环流，影响电池的寿命，降低系统效率。2、孤岛运行时，光伏直接通过MPPT控制的DC/DC变换器接入直流母线，导致母线电压不稳定。3、并入直流母线的器件数量比较多，若其中一个器件出现短路，则整个系统将崩溃，系统可靠性差。

因此，如何提高电池寿命、系统效率、母线电压稳定性及系统可靠性，已成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电源电路、新能源控制系统及能源协调方法，用于解决现有技术中电池寿命低、系统效率低、母线电压稳定性差及系统可靠性差等问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种电源电路，所述电源电路至少包括：

交流转直流模块，接收交流电源，并将所述交流电源的电压转换为母线电压提供给直流母线；

N组新能源补给模块，分别连接所述直流母线，基于新能源产生电能并为所述直流母线补给能量；N为大于等于1的整数；

其中，各新能源补给模块均包括新能源发电装置、新能源控制单元、储能电池及双向直流转直流单元；所述新能源发电装置基于新能源产生电能；所述新能源控制单元的第一端连接所述新能源发电装置的输出端，控制所述新能源发电装置转换电能输出；所述储能电池连接所述新能源控制单元的第二端，用于储存电能；所述双向直流转直流单元的一端连接所述新能源控制单元的第二端，另一端连接所述直流母线，用于实现所述储能电池与所述直流母线之间的双向能量转化。

可选地，在所述交流电源正常工作时，所述母线电压为第一电压值；在所述交流电源无法正常工作时，所述母线电压为第二电压值；所述第一电压值大于所述第二电压值。

更可选地，所述第一电压值等于所述交流转直流模块的最大正常输出电压。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明还提供一种新能源控制系统，所述新能源控制系统至少包括：

上述电源电路，用于为所述新能源控制系统提供母线电压；

负载模块，连接直流母线，从所述直流母线获取电能；

综合能源控制器，与所述电源电路及所述负载模块通讯，用于控制所述新能源控制系统工作。

可选地，所述负载模块包括第一负载、第二负载及第三负载；其中，所述第一负载及所述第二负载间断工作，所述第三负载不间断工作。

更可选地，所述综合能源控制器包括通讯接口、采样模块及控制模块；所述通讯接口与交流转直流模块、新能源控制单元、双向直流转直流单元及上位机通讯；所述采样模块对交流电源及负载进行采样；所述控制模块连接所述通讯接口及所述采样模块，基于所述采样模块及所述通讯接口的输出信号产生所述交流转直流模块、所述新能源控制单元及所述双向直流转直流单元的控制信号。

更可选地，所述综合能源控制器通过RS485总线与所述交流转直流模块、所述新能源控制单元及所述上位机通讯，所述综合能源控制器通过CAN总线与所述双向直流转直流单元通讯。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明还提供一种能源协调方法，基于上述新能源控制系统实现，所述能源协调方法至少包括：

新能源控制单元对新能源发电装置产生的电能进行转换，将产生的电能给储能电池充电，并根据所述储能电池的剩余电量确定工作模式；

当所述交流电源正常供电时，综合能源控制器控制双向直流转直流单元根据储能电池的剩余电量对所述储能电池与直流母线进行双向能量转化，此时基于交流转直流模块控制母线电压为第一电压值，所述交流转直流模块及新能源补给模块共同为负载模块供电；

当所述交流电源无法正常供电时，所述综合能源控制器控制所述双向直流转直流单元根据所述储能电池的剩余电量为所述直流母线提供电能，此时基于所述新能源补给模块控制所述母线电压为第二电压值；

其中，所述第一电压值大于所述第二电压值。

可选地，所述能源协调方法进一步包括：当所述储能电池的剩余电量小于第一设定值时，所述新能源控制单元工作于最大功率点跟踪模式；当所述储能电池的剩余电量大于第二设定值时，所述新能源控制单元进入到均衡充电模式或者浮充充电模式；所述第二设定值大于等于所述第一设定值。

更可选地，当所述交流电源由交流电网提供时，在交流电网正常供电的高峰时间段，优先由所述新能源补给模块给直流母线供电，剩余电能由所述交流电网提供；在所述交流电网正常供电的低谷时间段，由所述交流电网为所述直流母线供电，并将所述交流电网提供的电能储存至所述储能电池中。

更可选地，所述负载模块包括第一负载、第二负载及第三负载，其中，所述第一负载、所述第二负载及所述第三负载的功耗依次递减；当交流电网提供的交流电源无法正常工作，发电机提供交流电源时，所述发电机及所述新能源补给模块为工作的负载供电，且所述母线电压为所述第一电压值；当所述交流电网提供的交流电源无法正常工作，且所述发电机不提供交流电源时，所述新能源补给模块为工作的负载供电，且所述母线电压为所述第二电压值。

更可选地，当所述第一负载、所述第二负载及所述第三负载均工作，或所述第一负载关停、所述第二负载及所述第三负载工作时，所述发电机及所述新能源补给模块供电的方法包括：

所述发电机提供交流电源时，所述交流转直流模块将所述发电机提供的交流电源转换为母线电压，同时所述新能源补给模块将新能源发电装置产生的电能提供给所述直流母线；

所述发电机提供的电能耗尽后，所述新能源补给模块将所述新能源发电装置产生的电能提供给所述直流母线；若所述新能源发电装置停止工作，则所述新能源补给模块将所述储能电池中的电能提供给所述直流母线；当所述储能电池中的剩余电量小于预设值时所述综合能源控制器发出要求补给发电机燃料的报警信号。

更可选地，当所述第一负载及所述第二负载关停、所述第三负载工作时，若所述发电机不提供交流电源，则所述双向直流转直流单元控制所述母线电压稳定在固定值。

更可选地，当所述第一负载及所述第二负载关停、所述第三负载工作时，若所述发电机不提供交流电源，则所述双向直流转直流单元短接，所述储能电池直接并入所述直流母线上，此时所述母线电压由所述储能电池的电压决定。

更可选地，当所述第一负载及所述第二负载关停、所述第三负载工作时，所述发电机及所述新能源补给模块为所述第三负载供电的方法包括：

新能源发电装置正常工作时，所述新能源补给模块将所述新能源发电装置产生的电能提供给所述直流母线；

若所述新能源发电装置停止工作，则所述新能源补给模块将所述储能电池中的电能提供给所述直流母线，并在所述储能电池的剩余电量小于第三设定值时开启所述发电机，所述发电机为所述直流母线供电并为所述储能电池充电；

若所述储能电池充电到剩余电量大于第四设定值时，则所述发电机停止工作，仍由所述新能源发电装置为所述直流母线供电；

其中，所述第四设定值大于所述第三设定值。

如上所述，本发明的电源电路、新能源控制系统及能源协调方法，具有以下有益效果：

1、本发明的电源电路及新能源控制系统在孤岛运行时，各组新能源补给模块之间不需要通过相互之间充放电来达到储能电池剩余电量的平衡，各组所述新能源补给模块之间不存在环流，因此，电池寿命长，系统效率高。

2、本发明的电源电路及新能源控制系统中新能源发电装置通过两级DCDC连接到直流母线上，在孤岛运行时，第一级用于控制新能源发电装置以最大功率输出，第二级用于稳定输出，确保母线电压的稳定，进而提高系统效率。

3、本发明的电源电路及新能源控制系统中新能源发电装置以及新能源控制单元经过双向直流转直流单元后连接到直流母线上，可大大减小雷电通过新能源发电装置和新能源控制单元直接接入直流母线的风险；并通过两级DCDC的架构有效避免并入直流母线的任意一路器件短路造成整个系统崩溃的情况，系统稳定性高。

4、本发明的能源协调方法根据不同工况对能源进行协调实现对负载的供电；在负载功耗大的时候，以交流电源为主、新能源为辅；在负载功耗小的时候，以新能源为主、交流电源为辅；最大程度上利用新能源，减小碳排放，同时大大提高系统效率。

附图说明

图1显示为现有技术中的直流微网结构示意图。

图2显示为本发明的电源电路的结构示意图。

图3显示为本发明的新能源控制系统的结构示意图。

图4显示为本发明的综合能源控制器的结构示意图。

元件标号说明

1 电源电路

11 交流转直流模块

12 新能源补给模块

121 新能源发电装置

122 新能源控制单元

123 储能电池

124 双向直流转直流单元

2 负载模块

21 第一负载

22 第二负载

23 第三负载

3 综合能源控制器

31 通讯接口

32 采样模块

33 控制模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图2所示，本实施例提供一种电源电路1，所述电源电路1包括：

交流转直流模块11及N组新能源补给模块12，N为大于等于1的整数。

如图2所示，所述交流转直流模块11接收交流电源AC，并将所述交流电源AC的电压转换为母线电压Vbus提供给直流母线BUS。

具体地，所述交流转直流模块11的输入端连接所述交流电源AC，输出端连接所述直流母线BUS，用于将交流电转换为直流电；任意能将交流电转换为直流电的电路结构均适用于本发明，在此不一一赘述。所述交流电源AC包括但不限于交流电网和发电机(作为示例，所述发电机为柴油发电机)，可以是交流电网，可以是发电机，也可以是交流电网和发电机组成的混合交流供电装置，任意能提供交流电压的装置均适用，不以本实施例为限。

如图2所示，所述新能源补给模块12连接所述直流母线BUS，基于新能源产生电能并为所述直流母线BUS补给能量。

具体地，在本实施例中，所述新能源补给模块12的数量设定为4组，在实际使用中，可根据需要设定，不以本实施例为限。

具体地，所述新能源补给模块12均包括新能源发电装置121、新能源控制单元122、储能电池123及双向直流转直流单元124。所述新能源发电装置121基于新能源产生电能，所述新能源发电装置121包括但不限于太阳能电池和/或风力发电装置。所述新能源控制单元122的第一端连接所述新能源发电装置121的输出端，控制所述新能源发电装置121转换电能输出；作为示例，所述新能源控制单元122为最大功率点跟踪器(MPPT，Maximum PowerPoint Tracking)，最大功率点跟踪器的新能源接入端连接所述新能源发电装置121。所述储能电池123连接所述新能源控制单元122的第二端，用于储存电能；作为示例，所述储能电池123的正极连接最大功率点跟踪器的电池输出端正极，负极连接最大功率点跟踪器的电池输出端负极。所述双向直流转直流单元124的一端连接所述新能源控制单元122的第二端，另一端连接所述直流母线BUS，用于实现所述储能电池123与所述直流母线BUS之间的双向能量转化；作为示例，所述双向直流转直流单元124的电池输入输出端正极连接所述储能电池123的正极，电池输入输出端负极连接所述储能电池123的负极，母线输入输出端正极连接所述直流母线BUS的正极，母线输入输出端负极连接所述直流母线BUS的负极。

需要说明的是，所述最大功率点跟踪器还包括负载连接端口，在本实施例中，该负载连接端口悬空。

如图2所示，在所述交流电源AC正常工作时，所述交流转直流模块11作为电压源对所述直流母线BUS上的母线电压Vbus进行控制，使得所述母线电压Vbus为第一电压值，所述第一电压值等于所述交流转直流模块11的最大正常输出电压；此最大正常输出电压为所述交流转直流模块11在可设定的输出电压范围内的最大值。此时，所述双向直流转直流单元124作为电流源工作。在所述交流电源AC无法正常工作(所述交流转直流模块11提供的电压小于阈值)时，所述双向直流转直流单元124中至少一个作为电压源对所述直流母线BUS上的母线电压Vbus进行控制，使得所述母线电压Vbus为第二电压值。所述第一电压值大于所述第二电压值，所述第一电压值为固定值，所述第二电压值为固定值或非固定值；作为示例，所述第一电压值设定为57V，所述第二电压值设定为51V，所述阈值设定为48V；在实际使用中，可根据需要设定各数值，不以本实施例为限。

本发明的电源电路中，所述双向直流转直流单元一端连接所述新能源控制单元并同时连接所述储能电池，另一端连接所述直流母线。在孤岛运行时，所述双向直流转直流单元可以按照电池剩余电量的情况结合负载的需求工作在不同的状态；而新能源发电装置一直通过新能源控制单元给储能电池补充能量以此提高储能电池的剩余电量，所以各组所述新能源补给模块之间不需要通过相互之间充放电来达到储能电池剩余电量的平衡，因此各组所述新能源补给模块之间不存在环流，各个储能电池间也不存在环流，大大提高电池寿命和系统效率；本发明的新能源发电装置通过两级DCDC(新能源控制单元及双向直流转直流单元)连接到直流母线上，在孤岛运行时，第一级(新能源控制单元)用于控制新能源发电装置以最大功率输出，第二级(双向直流转直流单元)用于稳定输出，确保母线电压的稳定，进而提高系统效率；本发明的新能源发电装置以及新能源控制单元并没有直接连接到直流母线上，而是经过了双向直流转直流单元，可大大减小雷电通过新能源发电装置和新能源控制单元直接接入直流母线的风险，也避免了因为新能源控制单元短路失效导致整个直流母线崩溃的风险，提高了系统稳定性。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种新能源控制系统，所述新能源控制系统包括：

电源电路1、负载模块2及综合能源控制器3。

如图3所示，所述电源电路1用于为所述新能源控制系统提供母线电压Vbus。

具体地，所述电源电路1采用实施例一的电源电路结构，具体器件连接关系及原理参见实施例一，在此不一一赘述。

如图3所示，所述负载模块2连接直流母线BUS，从所述直流母线BUS获取电能。

具体地，在本实施例中，所述负载模块2包括第一负载21、第二负载22及第三负载23；其中，所述第一负载21及所述第二负载22间断工作，所述第三负载23不间断工作。作为示例，所述第一负载21为5G通讯设备，所述第二负载22为4G通讯设备，用于满足一体业务(4G，5G通信以及为4K直播提供信号)需求；当所述电源电路1提供的电能不足时，所述第一负载21与所述第二负载22可以关停。作为示例，所述第三负载23为监控设备，包括但不限于摄像头或其他传感器，用于满足两翼业务(包括水务检测、河道治理、长江禁捕、桥梁防撞等)需求，所述第三负载23需全天候保持工作状态；在本示例中，所述第三负载23还包括逆变器(图中未显示)，用于将所述母线电压Vbus转换为交流电，以为监控设备供电。

需要说明的是，在实际使用中，可根据需要选择相应的负载数量及类型，不以本实施例为限。

如图3所示，所述综合能源控制器3与所述电源电路1及所述负载模块2通讯，用于控制所述新能源控制系统工作。

具体地，如图4所示，在本实施例中，所述综合能源控制器3包括通讯接口31、采样模块32及控制模块33。所述通讯接口31与所述交流转直流模块11、所述新能源控制单元122、所述双向直流转直流单元124及上位机(图中未显示，所述上位机可设置在远端或设置在所述新能源控制系统内)通讯，用于获取所述交流转直流模块11、所述新能源控制单元122及所述双向直流转直流单元124的工作数据，接收所述上位机发送的指令，并向所述上位机反馈数据。所述采样模块32对交流电源AC及所述负载模块2进行采样，获取所述交流电源AC的电压采样信号及负载端的电流采样信号。所述控制模块33连接所述通讯接口31及所述采样模块32，基于所述采样模块32及所述通讯接口31的输出信号产生所述交流转直流模块11、所述新能源控制单元122及所述双向直流转直流单元124的控制信号。在实际使用中，可根据需要设定所述综合能源控制器3中的功能模块，不以本实施例为限。

更具体地，作为示例，所述综合能源控制器3通过RS485总线与所述交流转直流模块11、所述新能源控制单元122及所述上位机通讯，所述综合能源控制器3通过CAN总线与所述双向直流转直流单元124通讯。

实施例三

本实施例提供一种能源协调方法，基于实施例二的新能源控制系统实现，所述能源协调方法包括：

①所述新能源控制单元122对所述新能源发电装置121产生的电能进行转换，将产生的电能给所述储能电池123充电，并根据所述储能电池123的剩余电量确定所述新能源控制单元122的工作模式。

具体的，当所述储能电池123的剩余电量小于第一设定值时，所述新能源控制单元122工作于最大功率点跟踪模式；当所述储能电池123的剩余电量大于第二设定值时，所述新能源控制单元122进入到均衡充电模式或者浮充充电模式；所述第二设定值大于等于所述第一设定值。作为示例，所述第一设定值为所述储能电池容量的90％，所述第二设定值为所述储能电池容量的95％；在实际使用中可根据需要设定所述第一设定值及所述第二设定值。

需要说明的是，所述储能电池123的剩余电量可基于包括但不限于所述储能电池的SOC或所述储能电池的电压得到，在此不一一赘述。

②当所述交流电源AC正常供电时，所述综合能源控制器3控制所述双向直流转直流单元124根据所述储能电池123的剩余电量对所述储能电池123与所述直流母线BUS进行双向能量转化，此时基于所述交流转直流模块11控制所述母线电压Vbus为第一电压值，所述交流转直流模块11及所述新能源补给模块12共同为负载模块供电。

具体地，所述交流电源AC由交流电网或发电机提供。所述交流电源AC正常供电时，所述交流转直流模块11作为电压源将所述母线电压Vbus稳定在第一电压值，作为示例，所述第一电压设定为57V。此时，所述双向直流转直流单元124作为电流源工作。

具体地，所述综合能源控制器3根据所述储能电池123的剩余电量，控制所述双向直流转直流单元124将所述储能电池123馈送能量至所述直流母线BUS，或者控制所述双向直流转直流单元124将所述直流母线BUS上的能量馈送至所述储能电池123中。馈送能量的大小取决于所述储能电池123的剩余电量，当所述储能电池123往所述直流母线BUS馈送能量时，剩余电量与馈送能量成正比，当所述直流母线BUS往所述储能电池123馈送能量时，剩余电量与馈送能量成反比。

③当所述交流电源AC无法正常供电时，所述综合能源控制器3控制所述双向直流转直流单元124根据所述储能电池123的剩余电量为所述直流母线BUS提供电能，此时基于所述新能源补给模块12控制所述母线电压Vbus为第二电压值；所述第一电压值大于所述第二电压值。

具体地，作为一示例，所述交流电源AC断开或所述交流转直流模块11输出的电压小于阈值，则认为所述交流电源AC无法正常工作，此时，N个双向直流转直流单元124中至少一个作为电压源对所述直流母线BUS上的母线电压Vbus进行控制，使得所述母线电压Vbus为第二电压值。此时，所述第二电压值为稳定的固定值，作为示例，所述第二电压值设定为51V；所述阈值小于固定值时的所述第二电压值，作为示例，所述阈值设定为48V。

具体地，作为另一示例，所述交流电源AC断开或所述交流转直流模块11输出的电压小于阈值，则认为所述交流电源AC无法正常工作，此时，N个双向直流转直流单元124通过内部功率开关管短接或者外部继电器短接，所述储能电池123直接并入所述直流母线BUS上，此时所述母线电压Vbus由所述储能电池123的电压决定，即所述第二电压值为变化值。

本发明对所述新能源控制系统划分三种工况，并基于三种工况进行相应的能源协调，具体能源协调方法如下。作为示例，所述负载模块2包括第一负载21、第二负载22及第三负载23，其中，所述第一负载21、所述第二负载22及所述第三负载23的功耗依次递减。

工况一：所述交流电源AC由交流电网提供，所述交流电网及所述新能源补给模块12共同为所述负载模块2供电。

具体地，所述交流电源AC正常供电，此时电能充足，在本实施例中，所述第一负载21、所述第二负载22及所述第三负载23均工作；在实际使用中，也可根据需要关停部分负载，不以本实施例为限。所述交流转直流模块11作为电压源控制所述母线电压Vbus为第一电压值，各双向直流转直流单元124作为电流源工作。

具体地，作为本发明的另一种实现方式，所述综合能源控制器3还基于需求侧相应控制所述双向直流转直流单元124对所述储能电池123进行充放电。在交流电网正常供电的高峰时间段，优先由所述新能源补给模块12给直流母线BUS供电，剩余电能由所述交流电网提供；在所述交流电网正常供电的低谷时间段，由所述交流电网为所述直流母线BUS供电，并将所述交流电网提供的电能储存至所述储能电池123中。

工况二：所述交流电网无法供电，所述交流电源AC由发电机提供且发电机可及时补给燃料，此时，所述发电机及所述新能源补给模块12为工作的负载供电。当发电机提供交流电源AC时，所述发电机及所述新能源补给模块12为工作的负载供电，且所述母线电压Vbus为所述第一电压值；此时，所述发电机正常工作，所述交流转直流模块11作为电压源工作，各双向直流转直流单元124作为电流源工作。当所述发电机不提供交流电源AC时，所述新能源补给模块12为工作的负载供电，且所述母线电压Vbus为所述第二电压值；此时，所述双向直流转直流单元124中至少一个作为电压源工作，其他双向直流转直流单元作为电流源工作。

具体地，在本实施例中，所述第一负载21、所述第二负载22及所述第三负载23均工作，或者所述第一负载21关停、所述第二负载及所述第三负载工作；可根据电能情况确定各负载的工作状态。

具体地，所述发电机及所述新能源补给模块12供电的方法包括：

所述发电机正常工作时，所述交流转直流模块11将所述发电机提供的交流电源AC转换为母线电压Vbus，所述母线电压Vbus为所述第一电压值；同时所述新能源补给模块12将新能源发电装置121产生的电能提供给所述直流母线BUS；

所述发电机提供的电能耗尽后，所述新能源补给模块12将所述新能源发电装置121产生的电能提供给所述直流母线BUS；若所述新能源发电装置121停止工作，则所述新能源补给模块12将所述储能电池123中的电能提供给所述直流母线BUS；当所述储能电池123中的剩余电量小于预设值时所述综合能源控制器3发出要求补给发电机燃料的报警信号。所述预设值可根据实际需要设置，在此不一一限定。

需要说明的是，当所述发电机补给燃料后，所述发电机仍正常工作；所述发电机作为供电的主体，所述新能源补给模块12作为电能的补充。

工况三：所述交流电网无法供电，所述交流电源AC由发电机提供但发电机不能及时补给燃料，此时，所述发电机及所述新能源补给模块12为工作的负载供电。当所述发电机不提供交流电源AC时，所述新能源补给模块12正常工作并为工作的负载供电，且所述母线电压Vbus为所述第二电压值；此时，所述双向直流转直流单元124中至少一个作为电压源工作，其他双向直流转直流单元作为电流源工作。当所述发电机提供交流电源AC时，所述发电机及所述新能源补给模块12为工作的负载供电，且所述母线电压Vbus为所述第一电压值；此时，所述发电机正常工作，所述交流转直流模块11作为电压源工作，各双向直流转直流单元124作为电流源工作。

具体地，由于电能不足，关停可间断工作的负载，在本实施例中，所述第一负载及所述第二负载关停、所述第三负载工作。

具体地，作为一示例，若所述发电机不提供交流电源AC，则所述双向直流转直流单元124控制所述母线电压Vbus稳定在固定值(第二电压值)。作为另一示例，若所述发电机不提供交流电源AC，则所述双向直流转直流单124元短接，所述储能电池123直接并入所述直流母线BUS上，此时所述母线电压Vbus由所述储能电池123的电压决定(所述第二电压值为非固定值)。

具体地，所述发电机及所述新能源补给模块12为所述第三负载供电的方法包括：

所述新能源发电装置121正常工作时，所述新能源补给模块12将所述新能源发电装置121产生的电能提供给所述直流母线BUS；

若所述新能源发电装置121停止工作(例如阴雨天气无法获取太阳能、风力小导致新能源发电装置停止工作)，则所述新能源补给模块12将所述储能电池123中的电能提供给所述直流母线BUS，并在所述储能电池123的剩余电量小于第三设定值时开启所述发电机，所述发电机为所述直流母线BUS供电并为所述储能电池123充电；

若所述储能电池123充电到剩余电量大于第四设定值时，则所述发电机停止工作，仍由所述新能源发电装置121为所述直流母线BUS供电；

其中，所述第四设定值大于所述第三设定值。作为示例，所述第三设定值为所述储能电池容量的60％，所述第四设定值为所述储能电池容量的90％；在实际使用中，可根据需要设定具体数值，不以本实施例为限。

需要说明的是，当所述新能源发电装置121恢复正常工作后，所述发电机停止工作；所述新能源发电装置121作为供电的主体，所述发电机作为电能的补充。

综上所述，本发明提供一种电源电路、新能源控制系统及能源协调方法，包括：交流转直流模块，接收交流电源，并将所述交流电源的电压转换为母线电压提供给直流母线；N组新能源补给模块，分别连接所述直流母线，基于新能源产生电能并为所述直流母线补给能量；N为大于等于1的整数；其中，各新能源补给模块均包括新能源发电装置、新能源控制单元、储能电池及双向直流转直流单元；所述新能源发电装置基于新能源产生电能；所述新能源控制单元的一端连接所述新能源发电装置的输出端，控制所述新能源发电装置转换电能输出；所述储能电池连接所述新能源控制单元的另一端，用于储存电能；所述双向直流转直流单元的一端连接所述新能源控制单元的输出端，另一端连接所述直流母线，用于实现所述储能电池与所述直流母线之间的双向能量转化。本发明的电源电路、新能源控制系统及能源协调方法在孤岛运行时不存在环流，电池寿命长，系统效率高；其中新能源发电装置通过两级DCDC连接到直流母线上，在孤岛运行时，第一级用于控制新能源发电装置以最大功率输出，第二级用于稳定输出，确保母线电压的稳定，进而提高系统效率；相对于现有技术并入直流母线的器件数量大大减少，并通过两级DCDC的架构有效避免并入直流母线的任意一路器件短路造成整个系统崩溃的情况，系统稳定性高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种电源电路，其特征在于，所述电源电路至少包括：

交流转直流模块，接收交流电源，并将所述交流电源的电压转换为母线电压提供给直流母线；

N组新能源补给模块，分别连接所述直流母线，基于新能源产生电能并为所述直流母线补给能量；N为大于等于1的整数；

其中，各新能源补给模块均包括新能源发电装置、新能源控制单元、储能电池及双向直流转直流单元；所述新能源发电装置基于新能源产生电能；所述新能源控制单元的第一端连接所述新能源发电装置的输出端，控制所述新能源发电装置转换电能输出；所述储能电池连接所述新能源控制单元的第二端，用于储存电能；所述双向直流转直流单元的一端连接所述新能源控制单元的第二端，另一端连接所述直流母线，用于实现所述储能电池与所述直流母线之间的双向能量转化。

2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：在所述交流电源正常工作时，所述母线电压为第一电压值；在所述交流电源无法正常工作时，所述母线电压为第二电压值；所述第一电压值大于所述第二电压值。

3.根据权利要求2所述的电源电路，其特征在于：所述第一电压值等于所述交流转直流模块的最大正常输出电压。

4.一种新能源控制系统，其特征在于，所述新能源控制系统至少包括：

如权利要求1-3任意一项所述的电源电路，用于为所述新能源控制系统提供母线电压；

负载模块，连接直流母线，从所述直流母线获取电能；

综合能源控制器，与所述电源电路及所述负载模块通讯，用于控制所述新能源控制系统工作。

5.根据权利要求4所述的新能源控制系统，其特征在于：所述负载模块包括第一负载、第二负载及第三负载；其中，所述第一负载及所述第二负载间断工作，所述第三负载不间断工作。

6.根据权利要求4-5任意一项所述的新能源控制系统，其特征在于：所述综合能源控制器包括通讯接口、采样模块及控制模块；所述通讯接口与交流转直流模块、新能源控制单元、双向直流转直流单元及上位机通讯；所述采样模块对交流电源及负载进行采样；所述控制模块连接所述通讯接口及所述采样模块，基于所述采样模块及所述通讯接口的输出信号产生所述交流转直流模块、所述新能源控制单元及所述双向直流转直流单元的控制信号。

7.根据权利要求6所述的新能源控制系统，其特征在于：所述综合能源控制器通过RS485总线与所述交流转直流模块、所述新能源控制单元及所述上位机通讯，所述综合能源控制器通过CAN总线与所述双向直流转直流单元通讯。

8.一种能源协调方法，基于如权利要求4-7任意一项所述的新能源控制系统实现，其特征在于，所述能源协调方法至少包括：

新能源控制单元对新能源发电装置产生的电能进行转换，将产生的电能给储能电池充电，并根据所述储能电池的剩余电量确定工作模式；

当所述交流电源正常供电时，综合能源控制器控制双向直流转直流单元根据储能电池的剩余电量对所述储能电池与直流母线进行双向能量转化，此时基于交流转直流模块控制母线电压为第一电压值，所述交流转直流模块及新能源补给模块共同为负载模块供电；

当所述交流电源无法正常供电时，所述综合能源控制器控制所述双向直流转直流单元根据所述储能电池的剩余电量为所述直流母线提供电能，此时基于所述新能源补给模块控制所述母线电压为第二电压值；

其中，所述第一电压值大于所述第二电压值。

9.根据权利要求8所述的能源协调方法，其特征在于：所述能源协调方法进一步包括：当所述储能电池的剩余电量小于第一设定值时，所述新能源控制单元工作于最大功率点跟踪模式；当所述储能电池的剩余电量大于第二设定值时，所述新能源控制单元进入到均衡充电模式或者浮充充电模式；所述第二设定值大于等于所述第一设定值。

10.根据权利要求8-9任意一项所述的能源协调方法，其特征在于：当所述交流电源由交流电网提供时，在交流电网正常供电的高峰时间段，优先由所述新能源补给模块给直流母线供电，剩余电能由所述交流电网提供；在所述交流电网正常供电的低谷时间段，由所述交流电网为所述直流母线供电，并将所述交流电网提供的电能储存至所述储能电池中。

11.根据权利要求8-9任意一项所述的能源协调方法，其特征在于：所述负载模块包括第一负载、第二负载及第三负载，其中，所述第一负载、所述第二负载及所述第三负载的功耗依次递减；当交流电网提供的交流电源无法正常工作，发电机提供交流电源时，所述发电机及所述新能源补给模块为工作的负载供电，且所述母线电压为所述第一电压值；当所述交流电网提供的交流电源无法正常工作，且所述发电机不提供交流电源时，所述新能源补给模块为工作的负载供电，且所述母线电压为所述第二电压值。

12.根据权利要求11所述的能源协调方法，其特征在于：当所述第一负载、所述第二负载及所述第三负载均工作，或所述第一负载关停、所述第二负载及所述第三负载工作时，所述发电机及所述新能源补给模块供电的方法包括：

所述发电机提供交流电源时，所述交流转直流模块将所述发电机提供的交流电源转换为母线电压，同时所述新能源补给模块将新能源发电装置产生的电能提供给所述直流母线；

所述发电机提供的电能耗尽后，所述新能源补给模块将所述新能源发电装置产生的电能提供给所述直流母线；若所述新能源发电装置停止工作，则所述新能源补给模块将所述储能电池中的电能提供给所述直流母线；当所述储能电池中的剩余电量小于预设值时所述综合能源控制器发出要求补给发电机燃料的报警信号。

13.根据权利要求11所述的能源协调方法，其特征在于：当所述第一负载及所述第二负载关停、所述第三负载工作时，若所述发电机不提供交流电源，则所述双向直流转直流单元控制所述母线电压稳定在固定值。

14.根据权利要求11所述的能源协调方法，其特征在于：当所述第一负载及所述第二负载关停、所述第三负载工作时，若所述发电机不提供交流电源，则所述双向直流转直流单元短接，所述储能电池直接并入所述直流母线上，此时所述母线电压由所述储能电池的电压决定。

15.根据权利要求11、13-14任意一项所述的能源协调方法，其特征在于：当所述第一负载及所述第二负载关停、所述第三负载工作时，所述发电机及所述新能源补给模块为所述第三负载供电的方法包括：

新能源发电装置正常工作时，所述新能源补给模块将所述新能源发电装置产生的电能提供给所述直流母线；

若所述新能源发电装置停止工作，则所述新能源补给模块将所述储能电池中的电能提供给所述直流母线，并在所述储能电池的剩余电量小于第三设定值时开启所述发电机，所述发电机为所述直流母线供电并为所述储能电池充电；

若所述储能电池充电到剩余电量大于第四设定值时，则所述发电机停止工作，仍由所述新能源发电装置为所述直流母线供电；

其中，所述第四设定值大于所述第三设定值。

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