一种基于三端口变换器的直流分布式负载系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三端口变换器的直流分布式负载系统及其控制方法，属于电力电子变换及分布式负载系统领域。该系统包括直流输入电源(10)、由N个子三端口变换器组成的功率变换单元(20)和由N个子负载组成的负载(30)，N为大于1的自然数，直流输入电源的输出作为系统输入端电压母线，每个子三端口变换器的输入端均连接至输入端电压母线，每个子三端口变换器的储能端均连接至储能端电压母线，每个子三端口变换器的输出端均串接一个子负载。本发明专利技术根据储能装置的充放电状态，当储能装置充电时采用储能端均流、当储能装置放电时按照各自输出功率大小分配输入端功率的混合式功率控制策略，实现系统的稳定、可靠运行。

DC Distributed Load System Based on three port converter and control method thereof

The invention discloses a DC Distributed Load System Based on a three port converter and a control method thereof, belonging to the field of power electronic conversion and distributed load system. The system comprises a DC input power (10), the power conversion unit composed of N sub three port converter (20) and by the N sub load load (30), N is a natural number more than 1, the output of the DC input power as the system input voltage bus, each sub three port converter the input end is connected with the input end of the voltage bus, each sub three port converter storage end are connected to the storage bus terminal voltage, the output of each sub three port converter is connected in series with a sub load. According to the state of charge and discharge of energy storage device, when the energy storage device is charged when using energy flow, when the end of the energy storage device and discharge in accordance with the hybrid power control strategy for each output power input power distribution system, stable and reliable operation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三端口变换器的直流分布式负载系统及其控制方法
本专利技术涉及一种基于三端口变换器的直流分布式负载系统及其控制方法，属于电力电子变换及分布式负载系统领域。
技术介绍
随着能源危机和环境污染问题日益严重，太阳能、风能、燃料电池等新能源和可再生能源的开发和利用得到越来越广泛的关注，新能源发电系统已成为世界各国关注和研究的热点。在同一个新能源发电系统中，可能会存在多个相同性质或多种不同性质的分布式负载，为了同时满足分布式负载的供电需求，通常的解决方案是采用两级式功率变换系统，即先通过一级DC/DC变换器将新能源转化成直流输出，并以此DC/DC变换器的输出为公共直流母线，然后分别串接一个DC/DC变换器到各分布式负载进行单独供电。另外，由于太阳能电池等新能源发电装置存在电力供应不稳定、不连续和随环境条件变化等缺点，需要配备储能装置以提供峰值功率和回收多余能量，保证供电的连续性和可靠性。因此，储能装置和公共直流母线之间还需要双向DC/DC变换器来连接，以实现功率双向传输。然而，采用上述系统结构时，功率从输入源到负载、从输入源到储能装置和从储能装置到负载等三种情形下传输时，均需要经过两级功率变换，从而降低了系统的整体效率。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术的不足，提供一种基于三端口变换器的直流分布式负载系统及其控制方法。技术方案：本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：本专利技术的基于三端口变换器的直流分布式负载系统，包括直流输入电源、功率变换单元和负载，所述功率变换单元包括N个子三端口变换器，所述负载包括N个子负载，N为大于1的自然数，直流输入电源的输出作为系统输入端电压母线，每个子三端口变换器的输入端均连接至输入端电压母线，每个子三端口变换器的储能端均连接至储能端电压母线，每个子三端口变换器的输出端均串接一个子负载。所述直流输入电源为直流电压源或可再生能源电源，可以是单个电源也可以由多个电源串并联构成。所述三端口变换器为隔离型三端口变换器或非隔离型三端口变换器。所述三端口变换器包括一个直流电压输入端、一个输出端和一个储能端，其中储能端是双向功率端口，输出端是单向功率端口或双向功率端口。基于上述直流分布式负载系统的控制方法，所有子三端口变换器的控制方法相同，其控制过程分为如下两种情况：A.当储能装置处于充电状态时，各子三端口变换器采用储能端均流的控制策略，具体控制过程如下：以各子三端口变换器储能端电流的平均值或最大值作为储能端均流母线电压信号ib_bus，该信号作为各子三端口变换器储能端电流的给定信号，与各子三端口变换器储能端电流反馈信号ib经过储能端均流调节器调节后得到两者的误差信号vBCS，该误差信号与基准电压vinref叠加后作为该子三端口变换器输入端电压的给定信号，与该子三端口变换器输入端电压反馈信号vin经过输入端电压调节器调节后得到两者的误差信号vc，该误差信号作为输入端电压的控制信号，其与载波信号交截得到驱动信号，从而实现该子三端口变换器的控制；B.当储能装置处于放电状态时，各子三端口变换器采用按照各自输出功率大小分配输入端功率的控制策略，具体控制过程如下：将各子三端口变换器的储能端电流ib除以各自的输出功率po进行标幺化，得到各子三端口变换器的储能端电流标幺值i*b，以各子三端口变换器储能端电流标幺值的平均值或最大值作为储能端标幺均流母线电压信号i*b_bus，该信号作为各子三端口变换器储能端标幺电流的给定信号，与各子三端口变换器储能端标幺电流信号i*b经过储能端标幺电流均流调节器调节后得到两者的误差信号vBCS，该误差信号与基准电压vinref叠加后作为该子三端口变换器输入端电压的给定信号，与该子三端口变换器输入端电压反馈信号vin经过输入端电压调节器调节后得到两者的误差信号vc，该误差信号作为输入端电压的控制信号，其与载波信号交截得到驱动信号，从而实现该子三端口变换器的控制。本专利技术具有如下有益效果：(1)由于采用分布式负载结构，各个输出负载端可以独立控制，减小了各子负载之间的相互影响，满足了多个不同性质或需求负载的同时供电；(2)从直流输入电源到负载、从直流输入电源到储能装置和从储能装置到负载等三种情形下的功率变换均为单级功率变换，提高了系统的整体效率；(3)采用集成式三端口变换器作为系统的基本组成单元，简化了系统的结构，提高了系统的可靠性；(4)采用储能装置充电时储能端均流、储能装置放电时按照各自输出功率大小分配输入端功率的混合式功率控制策略，保证了系统在不同工况下的稳定、可靠运行。附图说明附图1为本专利技术的基于三端口变换器的直流分布式负载系统实施例结构示意图；附图2为本专利技术储能装置充电状态时子三端口变换器的控制电路图；附图3为本专利技术储能装置放电状态时子三端口变换器的控制电路图；附图4为本专利技术的实施例两个三端口变换器构成的直流分布式负载系统的结构示意图；附图5为本实施例中同步整流式半桥三端口变换器电路原理图；附图6为本实施例正常运行时的实验结果；以上附图中符号说明：10-直流输入电源；20-功率变换单元；30-负载；vin1～vinN-第1～N个子三端口变换器输入端电压；ib1～ibN-第1～N个子三端口变换器储能端电流；vo1～voN-第1～N个子三端口变换器输出端电压；io1～ioN-第1～N个子三端口变换器输出端电流；po1～poN-第1～N个子三端口变换器输出功率；i*b1～i*bN-第1～N个子三端口变换器储能端电流标幺值；ib_bus-三端口变换器储能端均流母线电压；i*b_bus-三端口变换器储能端标幺均流母线电压；vinref1～vinrefN-第1～N个子三端口变换器输入端电压基准值；BCS1～BCSN-第1～N个子三端口变换器的储能端均流调节器；IVR1～IVRN-第1～N个子三端口变换器的输入端电压调节器；vBCS1～vBCSN-第1～N个子三端口变换器的储能端均流调节器输出电压；vc1～vcN-第1～N个子三端口变换器输入端控制电压；PV、PV1、PV2-光伏阵列；C1、C2-输入滤波电容；Q1～Q4-开关管；Co-输出滤波电容；Lo-输出滤波电感；Ro、Ro1、Ro1-输出负载；vo-输出电压；io-输出电流；iin-输入电流。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术实施例的基于三端口变换器的直流分布式负载系统结构如图1所示，包括直流输入电源10、功率变换单元20和负载30，其中：直流输入电源10采用可再生能源电源中的光伏阵列，功率变换单元20包括N个子三端口变换器，负载30包括N个子负载，N为大于1的自然数，光伏阵列的输出作为系统输入端电压母线，每个子三端口变换器的输入端均连接至输入端电压母线，每个子三端口变换器的储能端均连接至储能端电压母线，每个子三端口变换器的输出端均串接一个子负载。基于上述实施例的直流分布式负载系统的控制方法，所有子三端口变换器的控制方法相同，其控制过程分为如下两种情况：A.当储能装置处于充电状态时，各子三端口变换器采用储能端均流的控制策略；B.当储能装置处于放电状态时，各子三端口变换器采用按照各自输出功率大小分配输入端功率的控制策略。下面结合附图2～附图3对基于上述实施例的直流分布式负载系统的功率控制方法进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三端口变换器的直流分布式负载系统的控制方法，该系统包括直流输入电源(10)、功率变换单元(20)和负载(30)，所述功率变换单元(20)包括N个子三端口变换器，所述负载(30)包括N个子负载，N为大于1的自然数，直流输入电源的输出作为系统输入端电压母线，每个子三端口变换器的输入端均连接至输入端电压母线，每个子三端口变换器的储能端均连接至储能端电压母线，每个子三端口变换器的输出端均串接一个子负载；所述直流输入电源(10)为直流电压源或可再生能源电源，可以是单个电源也可以由多个电源串并联构成；所述三端口变换器为隔离型三端口变换器或非隔离型三端口变换器；所述三端口变换器包括一个直流电压输入端、一个输出端和一个储能端，其中储能端是双向功率端口，输出端是单向功率端口或双向功率端口；所述基于三端口变换器的直流分布式负载系统的控制方法如下：所有子三端口变换器的控制方法相同，其控制过程分为如下两种情况：A.当储能装置处于充电状态时，各子三端口变换器采用储能端均流的控制策略，具体控制过程如下：以各子三端口变换器储能端电流的平均值或最大值作为储能端均流母线电压信号i

【技术特征摘要】
1.一种基于三端口变换器的直流分布式负载系统的控制方法，该系统包括直流输入电源(10)、功率变换单元(20)和负载(30)，所述功率变换单元(20)包括N个子三端口变换器，所述负载(30)包括N个子负载，N为大于1的自然数，直流输入电源的输出作为系统输入端电压母线，每个子三端口变换器的输入端均连接至输入端电压母线，每个子三端口变换器的储能端均连接至储能端电压母线，每个子三端口变换器的输出端均串接一个子负载；所述直流输入电源(10)为直流电压源或可再生能源电源，可以是单个电源也可以由多个电源串并联构成；所述三端口变换器为隔离型三端口变换器或非隔离型三端口变换器；所述三端口变换器包括一个直流电压输入端、一个输出端和一个储能端，其中储能端是双向功率端口，输出端是单向功率端口或双向功率端口；所述基于三端口变换器的直流分布式负载系统的控制方法如下：所有子三端口变换器的控制方法相同，其控制过程分为如下两种情况：A.当储能装置处于充电状态时，各子三端口变换器采用储能端均流的控制策略，具体控制过程如下：以各子三端口变换器储能端电流的平均值或最大值作为储能端均流母线电压信号ib_bus，该信号作为各子三端口变换器储能端电流的给定信号，与各子三端口变换器储能端电流反馈信号ib...

【专利技术属性】
技术研发人员：张君君，吴红飞，曹锋，胡海兵，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32