一种高效率串联混合型多端口DC/DC变换器制造技术

一种高效率串联混合型多端口DC/DC变换器，包括单向升压DC/DC变换器、串联型双向DC/DC单元，所述单向升压DC/DC变换器包括电源U1、电感L1、开关管S1、二极管DO、电容CO；电源U1正极连接电感L1一端，电感L1另一端连接开关管S1漏极、串联型双向DC/DC单元一侧，电源U1负极连接开关管S1源极、电容CO一端，电容CO另一端连接二极管DO阴极，二极管DO阳极连接串联型双向DC/DC单元另一侧。所述串联型双向DC/DC单元为多个，多个串联型双向DC/DC单元串联或者并联。本发明专利技术通过改进双向DC/DC变换器的结构，提出了一种串联型双向DC/DC单元拓扑以及串联混合型MPC的构建思路和实现方案，实现了储能单元串联接入，具有结构简单、控制方便等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高效率串联混合型多端口DC/DC变换器
本专利技术涉及一种DC/DC变换器，具体说是一种高效率串联混合型多端口DC/DC变换器。
技术介绍
随着能源危机、温室效应以及大气污染等全球问题的日益严重，光伏发电、燃料电池发电等新能源发电技术得到了广泛的关注和快速发展，含储能单元的新能源发电系统能够平滑新能源微电源的发电出力，提高系统并网稳定性。现有的并联混合型多端口变换器方案中储能单元一般以并联的形式与升压DC/DC变换器或者直流母线相连，传统的并联式结构虽然能够解决微电源发电出力以及并网时系统稳定性的问题，但是由于并联式结构的原因使储能系统每次充电时都要进行两次电能转换，造成电能浪费及电能利用率低等问题，另外并联式结构还会增加系统设计成本以及控制器设计的复杂度。因此，改进现有并联式结构对于减少储能系统能量转换次数、提高系统能量利用率、降低系统设计成本及优化控制器设计具有重要意义。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术重点解决储能单元并联式结构造成的能量转换次数多，能量利用率低等问题，提出了一种高效率串联混合型多端口DC/DC变换器。本专利技术通过改进双向DC/DC变换器的结构，提出了一种串联型双向DC/DC单元拓扑以及串联混合型MPC的构建思路和实现方案，实现了储能单元串联接入，具有结构简单、控制方便等优点。与传统并联混合型MPC相比，该方案能够显著的减少储能单元的能量转换次数，从而降低能量损耗，提高能量的利用率。本专利技术采取的技术方案为：一种高效率串联混合型多端口DC/DC变换器，包括单向升压DC/DC变换器、串联型双向DC/DC单元，所述单向升压DC/DC变换器包括电源U1、电感L1、开关管S1、二极管DO、电容CO；电源U1正极连接电感L1一端，电感L1另一端连接开关管S1漏极、串联型双向DC/DC单元一侧，电源U1负极连接开关管S1源极、电容CO一端，电容CO另一端连接二极管DO阴极，二极管DO阳极连接串联型双向DC/DC单元另一侧；所述串联型双向DC/DC单元包括储能单元UB、开关管S2、开关管S3、开关管S4、二极管D1、二极管D2；开关管S2漏极连接二极管D1阳极、开关管S4漏极，二极管D1阴极连接开关管S3漏极，开关管S3源极连接二极管D2阴极、开关管S4源极，二极管D2阳极连接开关管S2源极，储能单元UB正极连接二极管D1阴极，储能单元UB负极连接二极管D2阳极。所述串联型双向DC/DC单元为多个，多个串联型双向DC/DC单元串联或者并联。本专利技术一种高效率串联混合型多端口DC/DC变换器，具有如下有益效果：1：本专利技术将储能单元以串联的形式接入到单向升压DC/DC变换器中，使储能单元通过串联型双向DC/DC单元和单向升压DC/DC变换器形成一个完整的电力电子系统，减少了变换器的设计成本，同时也可以减少控制器的设计难度，使集中控制更加简单。2：串联型双向DC/DC单元可将储能单元与单向升压DC/DC变换器串联在一起。储能单元在充电过程中，电能可直接由单向升压DC/DC变换器转换到储能单元中，减少了能量由升压DC/DC变换器传给负载，再由负载将能量转换到储能单元中这一间接过程，因而减少了能量的转换次数，提高了能量的利用率。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1是传统并联混合型MPC原理框图。图2是本专利技术串联混合型MPC原理框图。图3是本专利技术应用于Boost变换器中N个串联型双向DC/DC单元并联形成一串联混合型MPC原理图。图4时本专利技术应用于Boost变换器中N个串联型双向DC/DC单元串联形成一串联混合型MPC原理图。图5是本专利技术应用于Boost变换器中1个串联型双向DC/DC单元形成一MPC原理图。图6是本专利技术所述单个串联型双向DC/DC单元电路图。具体实施方式一种高效率串联混合型多端口DC/DC变换器，包括单向升压DC/DC变换器、串联型双向DC/DC单元，所述单向升压DC/DC变换器包括电源U1、电感L1、开关管S1、二极管DO、电容CO；电源U1正极连接电感L1一端，电感L1另一端连接开关管S1漏极、串联型双向DC/DC单元一侧，电源U1负极连接开关管S1源极、电容CO一端，电容CO另一端连接二极管DO阴极，二极管DO阳极连接串联型双向DC/DC单元另一侧。所述串联型双向DC/DC单元包括储能单元UB、开关管S2、开关管S3、开关管S4、二极管D1、二极管D2；开关管S2漏极连接二极管D1阳极、开关管S4漏极，二极管D1阴极连接开关管S3漏极，开关管S3源极连接二极管D2阴极、开关管S4源极，二极管D2阳极连接开关管S2源极，储能单元UB正极连接二极管D1阴极，储能单元UB负极连接二极管D2阳极。所述串联型双向DC/DC单元为多个，多个串联型双向DC/DC单元串联或者并联。串联型双向DC/DC单元由三个开关管：开关管S2、开关管S3、开关管S4和两个二极管：二极管D1、二极管D2，分别构成双向DC/DC变换器的充电支路、放电支路及旁路；当储能单元充电时开关S1、S2、S3均关断，二极管D1和D2导通形成充电支路；储能单元处于充电状态。直流微电源给储能单元充电时，直接通过串联混合型MPC给储能单元充电，不需要转换为直流母线电压后再通过双向DC/DC变换器给储能单元充电，因而减少了中间级能量转换，提高了能量利用效率。当储能单元放电时开关S1、S2导通、S3关断形成放电支路；当储能单元工作于旁路状态下时开关S1、S2关断、S3导通构成旁路。通过不同的开关控制策略，决定储能单元UB工作于充电、放电或者旁路三种状态；当开关管S1、S2导通，S3关断时，二极管D1、D2关断，储能单元处于放电状态；当开关管S1、S2均关断，S3导通时，储能单元被旁路，不参与电路中的能量转换。串联混合型MPC中，通过将多个串联型双向DC/DC单元分别进行串联或者并联后、再与单向升压DC/DC变换器进行串联，可以实现N(N≥1)个储能单元同时接入。一种路灯照明系统，光伏电池连接单向升压DC/DC变换器，单向升压DC/DC变换器与串联型双向DC/DC单元连接，串联型双向DC/DC单元连接直流母线；直流母线连接双向DC/AC变换器，双向DC/AC变换器连接交流电网；直流母线连接DC/AC变换器，DC/AC变换器连接交流负荷；直流母线连接DC/DC变换器，DC/DC变换器连接直流负荷。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1和图2分别为传统并联混合型MPC原理框图以及本专利技术提出的串联混合型MPC原理框图，由图1可知储能单元与直流母线直接相连，与单向升压DC/DC变换器形成一种并联式结构，在储能单元充电过程中，直流微电源中的电能首先通过升压DC/DC变换器将电压升高至直流母线电压，再通过与直流母线并联的双向DC/DC变换器将冗余电能储存到储能单元中，因而直流微电源在给储能单元充电过程中要经过两次电能转换，电能转换次数多，造成电能浪费、电能利用率低等问题。根据以上问题本专利技术通过改进双向DC/DC变换器结构，提出一种串联混合型多端口MPC，如图2所示，该串联混合型MPC实现了单向升压DC/DC变换器与双向DC/DC变换器的串联，减少了直流微电源给储能单元充电过程中，电能转换为直流母线电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率串联混合型多端口DC/DC变换器，包括单向升压DC/DC变换器、串联型双向DC/DC单元，其特征在于：所述单向升压DC/DC变换器包括电源U1、电感L1、开关管S1、二极管DO、电容CO；电源U1正极连接电感L1一端，电感L1另一端连接开关管S1漏极、串联型双向DC/DC单元一侧，电源U1负极连接开关管S1源极、电容CO一端，电容CO另一端连接二极管DO阴极，二极管DO阳极连接串联型双向DC/DC单元另一侧；所述串联型双向DC/DC单元包括储能单元UB、开关管S2、开关管S3、开关管S4、二极管D1、二极管D2；开关管S2漏极连接二极管D1阳极、开关管S4漏极，二极管D1阴极连接开关管S3漏极，开关管S3源极连接二极管D2阴极、开关管S4源极，二极管D2阳极连接开关管S2源极，储能单元UB正极连接二极管D1阴极，储能单元UB负极连接二极管D2阳极。所述串联型双向DC/DC单元为多个，多个串联型双向DC/DC单元串联或者并联。

【技术特征摘要】
1.一种高效率串联混合型多端口DC/DC变换器，包括单向升压DC/DC变换器、串联型双向DC/DC单元，其特征在于：所述单向升压DC/DC变换器包括电源U1、电感L1、开关管S1、二极管DO、电容CO；电源U1正极连接电感L1一端，电感L1另一端连接开关管S1漏极、串联型双向DC/DC单元一侧，电源U1负极连接开关管S1源极、电容CO一端，电容CO另一端连接二极管DO阴极，二极管DO阳极连接串联型双向DC/DC单元另一侧；所述串联型双向DC/DC单元包括储能单元UB、开关管S2、开关管S3、开关管S4、二极管D1、二极管D2；开关管S2漏极连接二极管D1阳极、开关管S4漏极，二极管D1阴极连接开关管S3漏极，开关管S3源极连接二极管D2阴极、开关管S4源极，二极管D2阳极连接开关管S2源极，储能单元UB正极连接二极管D1阴极，储能单元UB负极连接二极管D2阳极。所述串联型双向DC/DC单元为多个，多个串联型双向DC/DC单元串联或者并联。2.根据权利要求1所述一种高效率串联混合型多端口DC/DC变换器，其特征在于：串联型双向DC/DC单元由三个开关管：开关管S2、开关管S3、开关管S4和两个二极管：二极管D1、二极管D2，分别构成双向DC/DC变换器的充电支路、放电支路及旁路；当储能单元充电时开关S1、S2、S3均...

【专利技术属性】
技术研发人员：邾玢鑫，陈耀，王辉，曾庆典，李圣乾，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42