本發(fā)明涉及電力電子變換器，具體涉及一種發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)及其調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、人們在使用健身器材健身的同時，付出了大量的能量，這些能量經(jīng)過合理的利用與變換完全可以轉(zhuǎn)化為可利用的電能。

2、健身發(fā)電自行車就是這樣一種既可以用于健身，又能夠回收能量的節(jié)能裝置。人在健身時，將力作用于腳踏板，經(jīng)過機械傳動帶動永磁同步電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，定子繞組切割磁感線產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢，自此便實現(xiàn)了人在健身時所消耗的能量到電能的轉(zhuǎn)化?？紤]到不同個體的體能不一，同一個體存在疲勞的情況，永磁同步電機的輸出功率很難維持在一個確切的值，其感應(yīng)電動勢的幅值與頻率隨時都在發(fā)生變化，所以，雖然其輸出為交流量，但不滿足并網(wǎng)的要求，無法直接并網(wǎng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)及其調(diào)度方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)健身發(fā)電自行車不滿足并網(wǎng)的要求，無法直接并網(wǎng)等問題，能實現(xiàn)能量從生物能到機械能再到電能的高效轉(zhuǎn)化，提升并網(wǎng)發(fā)電效率；同時滿足電網(wǎng)互動調(diào)度需求，整體提升并網(wǎng)發(fā)電效益。

2、為了實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供一種發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)，包括三相不控整流電路、升壓電路、dc/dc雙向升降壓電路、單相全橋逆變電路、電流跟蹤控制單元、恒流充放電控制單元、雙環(huán)控制單元、蓄電池及發(fā)電自行車；發(fā)電自行車包括發(fā)電機；

3、三相不控整流電路通過第一交流端口連接發(fā)電機，三相不控整流電路與升壓電路相連，升壓電路與單相全橋逆變電路相連，升壓電路、單相全橋逆變電路均與dc/dc雙向升降壓電路相連，單相全橋逆變電路通過第二交流端口連接電網(wǎng)，dc/dc雙向升降壓電路通過直流端口連接蓄電池；

4、三相不控整流電路用于將發(fā)電機輸出的交流電整流為直流電，并傳輸給升壓電路；電流跟蹤控制單元用于控制升壓電路的輸出電壓；恒流充放電控制單元用于通過dc/dc雙向升降壓電路控制蓄電池的充放電狀態(tài)；雙環(huán)控制單元用于控制單相全橋逆變電路輸出至電網(wǎng)的功率。

5、根據(jù)本發(fā)明提供的一種發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)，三相不控整流電路包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管及第六二極管，升壓電路包括低壓側(cè)電容、第一電感、第五開關(guān)管、第五體二極管、第七二極管及高壓側(cè)電容，dc/dc雙向升降壓電路包括蓄電池側(cè)電容、第二電感、第六開關(guān)管、第六體二極管、第七開關(guān)管及第七體二極管，單相全橋逆變電路包括第一開關(guān)管、第一體二極管、第二開關(guān)管、第二體二極管、第三開關(guān)管、第三體二極管、第四開關(guān)管、第四體二極管及l(fā)c型濾波器，lc型濾波器包括濾波電感及濾波電容；

6、第一二極管的陽極與第二二極管的陰極相連，第三二極管的陽極與第四二極管的陰極相連，第五二極管的陽極與第六二極管的陰極相連，三個連接處均連接第一交流端口；

7、第一二極管的陰極、第三二極管的陰極、第五二極管的陰極、低壓側(cè)電容的第一端與第一電感的第一端相連，第一電感的第二端、第七二極管的陽極、第五體二極管的陰極與第五開關(guān)管的漏極相連，第七二極管的陰極、第一開關(guān)管的漏極、第一體二極管的陰極、第三開關(guān)管的漏極、第三體二極管的陰極、第七開關(guān)管的漏極、第七體二極管的陰極與高壓側(cè)電容的第一端相連，第一開關(guān)管的源極、第一體二極管的陽極、第二開關(guān)管的漏極、第二體二極管的陰極與濾波電感的第一端相連，濾波電感的第二端與濾波電容的第一端相連，第三開關(guān)管的源極、第三體二極管的陽極、第四開關(guān)管的漏極、第四體二極管的陰極與濾波電容的第二端相連，蓄電池側(cè)電容的第一端與第二電感的第一端相連，第二電感的第二端、第六開關(guān)管的漏極、第六體二極管的陰極、第七開關(guān)管的源極與第七體二極管的陽極相連，第二二極管的陽極、第四二極管的陽極、第六二極管的陽極、低壓側(cè)電容的第二端、第五開關(guān)管的源極、第五體二極管的陽極、高壓側(cè)電容的第二端、第二開關(guān)管的源極、第二體二極管的陽極、第四開關(guān)管的源極、第四體二極管的陽極、第六開關(guān)管的源極、第六體二極管的陽極與蓄電池側(cè)電容的第二端相連；

8、濾波電容的兩端連接第二交流端口，蓄電池側(cè)電容的兩端連接直流端口；

9、電流跟蹤控制單元連接第五開關(guān)管的柵極，用于向第五開關(guān)管輸出第五開關(guān)信號；恒流充放電控制單元連接第六開關(guān)管的柵極、第七開關(guān)管的柵極，用于向第六開關(guān)管、第七開關(guān)管分別輸出第六開關(guān)信號、第七開關(guān)信號；雙環(huán)控制單元連接第一開關(guān)管的柵極、第二開關(guān)管的柵極、第三開關(guān)管的柵極、第四開關(guān)管的柵極，用于向第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管分別輸出第一開關(guān)信號、第二開關(guān)信號、第三開關(guān)信號、第四開關(guān)信號。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的一種發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)，電流跟蹤控制單元包括：

11、發(fā)電機啟動模塊，用于讀取發(fā)電機的轉(zhuǎn)速并提供相應(yīng)的第一電流參考值；

12、第一減法器，用于根據(jù)第一電流參考值與流經(jīng)第一電感的實際電流值的差值得到第一偏差值；

13、第一比例積分控制器，用于將第一偏差值通過比例計算及積分計算相加后得到的數(shù)值作為第一占空比；

14、第一信號發(fā)生器，用于將第一占空比經(jīng)pwm調(diào)制后轉(zhuǎn)換為第五開關(guān)信號。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的一種發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)，第一占空比的取值范圍為0~1，第五開關(guān)信號為控制第五開關(guān)管的導(dǎo)通時間占整個開關(guān)周期的百分比。

16、根據(jù)本發(fā)明提供的一種發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)，恒流充放電控制單元包括：

17、指令模塊，用于讀取外部指令輸出相應(yīng)的第二電流參考值；

18、第二減法器，用于根據(jù)第二電流參考值與流經(jīng)第二電感的實際電流值的差值得到第二偏差值；

19、第二比例積分控制器，用于將第二偏差值通過比例計算及積分計算相加后得到的數(shù)值作為第二占空比；

20、第二信號發(fā)生器，用于將第二占空比經(jīng)pwm調(diào)制后轉(zhuǎn)換為第六開關(guān)信號和第七開關(guān)信號。

21、根據(jù)本發(fā)明提供的一種發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)，第二占空比的取值范圍為0~1，第六開關(guān)信號為控制第六開關(guān)管的導(dǎo)通時間占整個開關(guān)周期的百分比，第七開關(guān)信號為控制第七開關(guān)管的導(dǎo)通時間占整個開關(guān)周期的百分比，第六開關(guān)管與第七開關(guān)管互補導(dǎo)通。

22、根據(jù)本發(fā)明提供的一種發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)，雙環(huán)控制單元包括：

23、sogi模塊，用于獲取電網(wǎng)電壓與電網(wǎng)角頻率，并生成兩個正交的正弦波；

24、坐標變換模塊，用于讀取兩個正交的正弦波的角度、正交電壓以及0電壓實現(xiàn)兩相靜止坐標系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的轉(zhuǎn)變，選擇q軸電壓輸出；

25、第三減法器，用于根據(jù)q軸電壓與0電壓的差值得到第三偏差值；

26、第三比例積分控制器，用于將第三偏差值通過比例計算及積分計算相加后得到的數(shù)值作為控制量；

27、第四減法器，用于根據(jù)2 πf與控制量的差值得到輸出角頻率；其中， f為頻率；

28、第一積分器，用于對輸出角頻率進行積分，得到輸出角度；

29、第五減法器，用于根據(jù)直流電壓參考值與高壓側(cè)電容兩端的實際電壓值的差值得到電壓偏差值；

30、第四比例積分控制器，用于將電壓偏差值通過比例計算及積分計算相加后得到的數(shù)值作為第三電流參考值；

31、第一乘法器，用于將第三電流參考值與正弦函數(shù)相乘，該正弦函數(shù)的角度為輸出角度，得到交流電流參考值；

32、第六減法器，用于根據(jù)交流電流參考值與并網(wǎng)電流值的差值得到并網(wǎng)電流偏差值；

33、第五比例積分控制器，用于將并網(wǎng)電流偏差值通過比例計算及積分計算相加后得到的數(shù)值作為并網(wǎng)電壓參考值；

34、第一加法器，用于將并網(wǎng)電壓參考值與電網(wǎng)電壓進行相加，實現(xiàn)前饋控制；

35、第三信號發(fā)生器，用于通過單極性調(diào)制的方式，將調(diào)制波與載波進行比較后輸出第一開關(guān)信號、第二開關(guān)信號、第三開關(guān)信號和第四開關(guān)信號。

36、根據(jù)本發(fā)明提供的一種發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)，第一開關(guān)信號、第二開關(guān)信號、第三開關(guān)信號和第四開關(guān)信號分別為控制第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的導(dǎo)通或斷開；

37、當調(diào)制波大于載波時，第一開關(guān)管和第四開關(guān)管導(dǎo)通，第二開關(guān)管和第三開關(guān)管斷開；當調(diào)制波小于載波時，第二開關(guān)管和第三開關(guān)管導(dǎo)通，第一開關(guān)管和第四開關(guān)管斷開。

38、第二方面，本發(fā)明還提供一種第一方面的發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)度方法，包括：

39、第一種工作模式：發(fā)電機向電網(wǎng)供電，蓄電池不充電不放電；

40、第二種工作模式：發(fā)電機向電網(wǎng)供電，同時向蓄電池供電；

41、第三種工作模式：發(fā)電機不供電，蓄電池與電網(wǎng)進行能量交互；

42、第四種工作模式：發(fā)電機與蓄電池共同向電網(wǎng)供電。

43、本發(fā)明提供的一種發(fā)電自行車復(fù)合儲能并網(wǎng)系統(tǒng)及其調(diào)度方法，該系統(tǒng)的包括三相不控整流電路、升壓電路、dc/dc雙向升降壓電路、單相全橋逆變電路、電流跟蹤控制單元、恒流充放電控制單元、雙環(huán)控制單元、蓄電池及發(fā)電自行車；發(fā)電自行車包括發(fā)電機。其中，一個直流端口連接蓄電池實現(xiàn)儲能的接入，兩個交流端口分別連接發(fā)電自行車的發(fā)電機和電網(wǎng)，能實現(xiàn)發(fā)電機、電網(wǎng)及蓄電池之間的功率靈活交換。升壓電路采用電流跟蹤控制的方式，蓄電池采用恒流充放電的控制方式，單相全橋逆變器采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方式，并結(jié)合sogi實現(xiàn)了鎖相。本發(fā)明提供的并網(wǎng)系統(tǒng)可以工作在以下四種工作模式：1、發(fā)電機向電網(wǎng)供電，蓄電池不充電不放電；2、發(fā)電機向電網(wǎng)供電，同時向蓄電池供電；3、發(fā)電機不供電，蓄電池與電網(wǎng)進行能量交互；4、發(fā)電機與蓄電池共同向電網(wǎng)供電。本發(fā)明實現(xiàn)了發(fā)電機-儲能-并網(wǎng)的三端口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了能量從生物能到機械能再到電能的高效轉(zhuǎn)化，提升了并網(wǎng)發(fā)電效率；同時提出靈活的能量調(diào)度策略，滿足電網(wǎng)互動調(diào)度需求，整體提升并網(wǎng)發(fā)電效益。