面向新能源系统的准Z源多端口DC/DC变换器技术方案

本实用新型专利技术公开了一种面向新能源系统的准z源多端口DC/DC变换器，包括：依次连接的输入单元A，准Z源单元B和负载单元C；其中输入单元A包括第一电源V1，第二电源V2，第一二极管D1，第一开关管S1，第二开关管S2和第三二极管D3；准Z源单元B包括第一电感L1，第二二极管D2，第一电容C1，第二电感L2，第二电容C2和第三开关管S3；负载单元C包括第四二极管D4，第三电容C3和电阻R。本实用新型专利技术具有占空比可调范围大、高增益和输出稳定等优点。

Quasi Z source multiport DC/DC converter for new energy system

The utility model discloses a quasi Z source multi port DC/DC converter for the new energy system, including the input unit A, the quasi Z source unit B and the load unit C, wherein the input unit A includes the first power V1, the second power supply V2, the first diode D1, the first switch tube S1, the second switch tube S2, and the third diode rectifier; The quasi Z source unit B includes the first inductor L1, the second diode D2, the first capacitance C1, the second inductor L2, the second capacitor C2 and the third switch tube S3; the load unit C includes fourth diode D4, third capacitance C3 and resistance R. The utility model has the advantages of large adjustable duty ratio, high gain and stable output.

【技术实现步骤摘要】
面向新能源系统的准Z源多端口DC/DC变换器
本技术涉及光伏电力系统，特别设计一种面向新能源系统的准Z源多端口DC/DC变换器。
技术介绍
化石能源的开采和使用带来一系列环境问题，如温室效应等，并且化石能源的不可再生性导致了能源危机问题日益严重，因此开发和利用绿色可持续的能源是大势所趋。太阳能对地球而言，是一种取之不尽，用之不竭的能源，而光伏电力系统则可实现由太阳能到电能的转变，是太阳能成为一种绿色可持续的能源。在光伏电力系统中，光伏板的输出电压一般比较小，并且随着时间，天气和环境的变化而有较大的波动。因此在光伏电压并入电网之前，需要经过一个升压过程，将光伏板的输出电压提升到一个合适的数值。与传统的电压变换器不同，Z源变换器的桥臂允许直通状态，并具有较高的升压系数。Z源逆变器不但具有升降压功能，还保留buck-boost电路的反相特性。因此Z源逆变器是近几年的研究热点。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种面向新能源系统的准Z源多端口DC/DC变换器，该准Z源多端口DC/DC变换器利用Z源变换器的升降压特性与多端口技术结合，设计一种双输入端口准Z源DC/DC变换器。光伏板的输出电压经过Z源逆变器的升压调节后可以稳定在一个合适的数值，再经由逆变器并入电网。本使用新型设计的一个双输入端口的准Z源变换器其中一个输入端口以光伏板作为电源输入，而另一输入端口为电池或超级电容等储能元件。电池或超级电容在该结构中的作用类似削峰填谷，提高光伏电力系统的稳定性。当负载需求低或光伏板输出能量较高，即“供大于求”时，该结构工作于充电状态，光伏板在给负载供电的同时也对电池或超级电容充电；当负载需求较高或光伏板提供的能量不足，即“供不应求”时，该结构工作与放电状态，电池等储能元件也参与放电，为负载提供电能，弥补光伏板供能不足的情况。电池等储能元件的加入提高的光伏电力系统的稳定性。本技术的目的通过以下技术方案实现：准Z源多端口DC/DC变换器，包括依次连接的输入单元A，准Z源单元B和负载单元C；所述输入单元A包括第一电源V1，第二电源V2，第一二极管D1，第一开关管S1，第二开关管S2和第三二极管D3；所述第一电源V1为可再生的直流电源，如光伏板，风电等；第二电源V2为电池或超级电容等储能元件；所述第一电源V1的正极与第一二极管D1的阳极相连；所述第一二极管D1的阴极，第一开关管S1的源极和第一电感L1的一极相连；所述第一开关管S1的漏极，第二开关管S2的源极和第二电源V2的正极相连；所述第二开关管S2的漏极和第三二极管D3的阴极相连；所述第二电源V2的负极和第一电源V1的负极相连；所述准Z源单元B包括第一电感L1，第二二极管D2，第一电容C1，第二电感L2，第二电容C2和第三开关管S3；所述第一电感L1的一极，第二电容C2的负极和第二二极管D2的阳极相连；所述第二二极管D2的阴极，第一电容C1的正极和第二电感L2的一极相连；所述第二电容C2的正极，第二电感L2的另一极，第三二极管D3的阴极，第四二极管D4的阳极和第三开关管S3的漏极相连；所述负载单元C包括第四二极管D4，第三电容C3和电阻R；所述第四二极管D4的阴极，第三电容C3的正极和电阻R的一极相连；所述第三电容C3的负极，电阻R的另一极与第一电源V1的负极，第二电源V2的负极，第一电容C1的负极，第三开关管S3的源极相连。按负载的能量需求划分，该双输入端口准Z源DC/DC变换器有放电模态和充电模态，工作过程如下。该变换器工作在放电模态时，根据开关管的工作情况可以分为两种状态。状态I:第一开关管S1和第三开关管S3导通，第二开关管S2关断；第一二极管D1，第二二极管D2和第四二极管D4反向截止。第二电源V2和第二电容C2串联对第一电感L1放电；第一电容C1对第二电感L2放电；第三电容C3对负载电阻R放电。状态II：第一开关管S1导通，第二开关管S2和第三开关管S3关断；第一二极管D1反向截止，第二二极管D2和第四二极管D4正向导通。第二电源V2和第一电感L1对第一电容C1放电；第二电感对第二电容充电；第二电源V2，第一电感L1和第二电感L2对第三电容C3和负载电阻R放电。该变换器工作在充电模态时，根据开关管的工作情况可以分为三种状态。状态I:第一开关管S1和第二开关管S2关断，第三开关管S3导通；第一二极管D1正向导通，第二二极管D2和第四二极管D4反向截止。第一电源V1和第二电容C2串联对第一电感L1放电；第一电容C1对第二电感L2放电；第三电容C3对负载电阻R放电。状态II：第二开关管S1导通，第一开关管S1和第三开关管S3关断；第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3和第四二极管D4正向导通。第二电源V2，第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3充电；第一电源V1，第一电感L1和第二电感L2放电。状态III：第一开关管S1，第二开关管S2和第三开关管S3关断；第一二极管D1，第二二极管D2和第三二极管D3正向导通。第一电源V1和第一电感L1对第一电容C1放电；第二电感对第二电容充电；第一电源V1，第一电感L1和第二电感L2对第三电容C3和负载电阻R放电。本技术优点是，采用准Z源结构，可实现高占空比，并且具有较大的升压因子；通过多端口技术将电池或其他储能元件与光伏板协同工作，提高光伏电力系统的稳定性。附图说明图1是技术所述的准z源多端口DC/DC变换器的结构图。图2是面向准z源多端口DC/DC变换器工作于放电模态时的主要波形图，其中Vg为第三开关管S3的驱动信号波形图，iL1和VL1为第一电感L1的电流和电压波形图，iL2和VL2为第二电感L2的电流和电压波形图，iO和VO为电阻R的电流和电压波形图。图3是面向准z源多端口DC/DC变换器工作于充电模态时的主要波形图，其中Vg为第三开关管S3的驱动信号波形图，iL1和VL1为第一电感L1的电流和电压波形图，iL2和VL2为第二电感L2的电流和电压波形图，iO和VO为电阻R的电流和电压波形图，iV2为第二电源V2的电流波形图。具体实施方式为进一步阐述本技术的内容及特点，以下结合附图对本技术的具体实施方案进行具体说明。实施例如图1所示，为面向新能源系统的准z源多端口DC/DC变换器的结构图。准z源多端口DC/DC变换器，包括输入单元A，准Z源单元B和负载单元C；所述输入单元A包括第一电源V1，第二电源V2，第一二极管D1，第一开关管S1，第二开关管S2和第三二极管D3；所述第一电源V1为可再生的直流电源，如光伏板，风电等；第二电源V2为电池或超级电容等储能元件；所述第一电源V1的正极与第一二极管D1的阳极相连；所述第一二极管D1的阴极，第一开关管S1的源极和第一电感L1的一极相连；所述第一开关管S1的漏极，第二开关管S2的源极和第二电源V2的正极相连；所述第二开关管S2的漏极和第三二极管D3的阴极相连；所述第二电源V2的负极和第一电源V1的负极相连；所述准Z源单元B包括第一电感L1，第二二极管D2，第一电容C1，第二电感L2，第二电容C2和第三开关管S3；所述第一电感L1的一极，第二电容C2的负极和第二二极管D2的阳极相连；所述第二二极管D2的阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向新能源系统的准z源多端口DC/DC变换器，包括：依次连接的输入单元(A)，准Z源单元(B)和负载单元(C)；所述输入单元(A)包括第一电源(V1)、第二电源(V2)、第一二极管(D1)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)和第三二极管(D3)；所述第一电源(V1)为可再生的直流电源；第二电源(V2)为电池或超级电容；所述第一电源(V1)的正极与第一二极管(D1)的阳极相连；所述第一二极管(D1)的阴极、第一开关管(S1)的源极均与第一电感(L1)的一极相连；所述第一开关管(S1)的漏极、第二开关管(S2)的源极均与第二电源(V2)的正极相连；所述第二开关管(S2)的漏极和第三二极管(D3)的阴极相连；所述第二电源(V2)的负极和第一电源(V1)的负极相连；所述准Z源单元(B)包括第一电感(L1)、第二二极管(D2)、第一电容(C1)、第二电感(L2)、第二电容(C2)和第三开关管(S3)；所述第一电感(L1)的一极、第二电容(C2)的正极均与和第二二极管(D2)的阳极相连；所述第二二极管(D2)的负极、第一电容(C1)的正极均与第二电感(L2)的一极相连；所述第二电容(C2)的正极、第二电感(L2)的另一极、第三二极管(D3)的阴极，第四二极管(D4)的阳极均与第三开关管(S3)的漏极相连；所述负载单元(C)包括第四二极管(D4)、第三电容(C3)和电阻(R)；所述第四二极管(D4)的阴极、第三电容(C3)的正极均与电阻(R)的一极相连；所述第三电容(C3)的负极、电阻(R)的另一极与第一电源(V1)的负极相连，所述第二电源(V2)的负极、第一电容(C1)的负极均与第三开关管(S3)的源极相连。...

【技术特征摘要】
1.一种面向新能源系统的准z源多端口DC/DC变换器，包括：依次连接的输入单元(A)，准Z源单元(B)和负载单元(C)；所述输入单元(A)包括第一电源(V1)、第二电源(V2)、第一二极管(D1)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)和第三二极管(D3)；所述第一电源(V1)为可再生的直流电源；第二电源(V2)为电池或超级电容；所述第一电源(V1)的正极与第一二极管(D1)的阳极相连；所述第一二极管(D1)的阴极、第一开关管(S1)的源极均与第一电感(L1)的一极相连；所述第一开关管(S1)的漏极、第二开关管(S2)的源极均与第二电源(V2)的正极相连；所述第二开关管(S2)的漏极和第三二极管(D3)的阴极相连；所述第二电源(V2)的负极和第一电源(V1)的负极相连；所述准Z源单元(B)包括第一电感(L1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊峰，凯奇，许敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44