一种高升压比隔离DC-DC变换器拓扑及其控制方法技术

本公开提供了一种高升压比隔离DC‑DC变换器拓扑及其控制方法。其中，高升压比隔离DC‑DC变换器拓扑，包括低压端DC‑AC变换器，其用于将低压端直流电压信号转换为交流电压信号；升压隔离变压模块，其低压侧绕组与所述低压端DC‑AC变换器的输出端并联连接，高压侧绕组与谐振网络的输入端串联连接；谐振网络，其由电感L和电容C构成；所述谐振网络的输出端与高压端变换器电路的输入端相连；高压端变换器电路，其用于将升压后的交流电压信号转换为直流电压信号。

【技术实现步骤摘要】
一种高升压比隔离DC-DC变换器拓扑及其控制方法
本公开属于电力电子变换
，尤其涉及一种高升压比隔离DC-DC变换器拓扑及其控制方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。随着可再生能源的继续发展，以及现有电网技术升级等方面的需求，柔性直流输电未来的发展将会继续集中在风电场或光伏电场的组网和集中送出、区域电网的互联、城市中心负荷的电力输送等方面，其中关键问题是如何解决高升压比(要求升压比达到数十到数百)的直流升压变换。非隔离式省掉了升压隔离变压器，减小了体积，但同时也失去了电气隔离能力，需要额外的故障隔离电路。隔离式全桥变换器主要利用多模块级联及变压器变比来提高输出电压，用于高升压比升压时需要较多的子模块级联，其中谐振电路仅用于实现软开关、提高变换效率；MMC隔离变换器可以实现大功率高电压DC-DC变换，但同样需要较多的子模块级联。专利技术人发现，现有的DC-DC变换器拓扑实现高升压比的结构复杂，适用性差，而且无法满足直流风电场或光伏电场高压直流汇集与送出所需要的数百倍升压比的升压变换要求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本公开的第一个方面提供一种高升压比隔离DC-DC变换器拓扑，其采用升压隔离变压器、谐振网络以及高压端变换器电路三级级联升压方式，具有升压比高、结构简单、实用性强等优点。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：一种高升压比隔离DC-DC变换器拓扑，包括：低压端DC-AC变换器，其用于将低压端直流电压转换为交流电压；升压隔离变压模块，其低压侧绕组与所述低压端DC-AC变换器的输出端并联连接，高压侧绕组与谐振网络的输入端串联连接；谐振网络，其由电感L和电容C构成；所述谐振网络的输出端与高压端变换器电路的输入端相连；高压端变换器电路，其用于将升压后的交流电压转换为直流电压。作为一种实施方式，所述升压隔离变压模块为单个升压隔离变压器。作为另一种实施方式，所述升压隔离变压模块由至少两个升压隔离变压器构成，每个升压隔离变压器的低压侧绕组采用并联连接方式，高压侧绕组采用串联连接方式。本实施例通过多个升压隔离变压器的低压侧绕组采用并联连接且高压侧绕组采用串联连接方式，提高了升压隔离变压模块的升压比，提高了整个隔离DC-DC变换器拓扑的升压效率。作为一种实施方式，所述谐振网络由串联连接的电感L和电容C构成。作为一种实施方式，所述谐振网络中的电感L和电容C中其中一者与谐振网络的输入端串联，另一者与谐振网络的输出端并联。作为一种实施方式，所述谐振网络还包括第一联动开关和第二联动开关，所述电感L和电容C串联连接构成LC串联网络，LC串联网络的一端与谐振网络的一个输入端相连，LC串联网络的另一端与第二联动开关的转换接点相连，第一联动开关的转换接点连接在电感L和电容C连结点处；第一联动开关的常开连接点与第二联动开关的常闭连接点相连，且均与谐振网络的第一输出端相连；第二联动开关的常开连接点与谐振网络的第二输出端相连。本实施例通过控制联动开关进行拓扑重构，实现直流低压与直流高压之间的双向功率传送，其中使能联动开关时，实现直流低压到直流高压的功率传输，否则，实现功率反向传输。作为一种实施方式，所述高压端变换器电路包括串联连接的滤波电感和AC-DC变换器。本公开的第二个方面提供一种高升压比隔离DC-DC变换器拓扑的控制方法。一种高升压比隔离DC-DC变换器拓扑的控制方法，包括：步骤1)：检测低压端DC-AC变换器的AC端输出电流及其相位；步骤2)：检测低压端DC-AC变换器的DC端电压和电流，计算低压端DC-AC变换器的输入平均有功功率；检测高压端变换器的输出端电压；步骤3)：将第一参考电压与低压端DC-AC变换器的DC端电压两者作差，处理后得到单位化控制量U1；将参考功率与输入平均有功功率两者作差，处理后得到单位化控制量U2；将第二参考电压与高压端变换器的输出端电压两者作差，处理后得到单位化控制量U3；其中，单位化控制量U1、单位化控制量U2和单位化控制量U3的绝对值均为小于或等于1的正数；步骤4)：将单位化控制量U1、U2和U3经过三选一开关选择后得到控制量Ux；步骤5)：根据控制量Ux，得到超前相位差并根据低压端DC-AC变换器的AC端输出电流的相位，进而由功率开关管控制单元输出低压端DC-AC变换器功率开关管的控制信号。一种高升压比隔离DC-DC变换器拓扑的控制方法，包括：步骤1)：检测低压端DC-AC变换器的AC端输出电流及其相位；步骤2)：检测低压端DC-AC变换器的DC端电压和电流，计算低压端DC-AC变换器的输入平均有功功率；检测高压端变换器的输出端电压；步骤3)：将第一参考电压与低压端DC-AC变换器的DC端电压两者作差，处理后得到单位化控制量U1；将参考功率与输入平均有功功率两者作差，处理后得到单位化控制量U2；将第二参考电压与高压端变换器的输出端电压两者作差，处理后得到单位化控制量U3；步骤4)：将控制量U1、U2和U3经过三选一开关选择后得到控制量Ux；步骤5)：根据控制量Ux，得到三电平脉冲电压的脉冲宽度θp＝cos-1(1-Ux)，使三电平脉冲电压相位超前低压端DC-AC变换器的AC端输出电流相位角度，进而由功率开关管控制单元输出低压端DC-AC变换器功率开关管的控制信号。一种高升压比隔离DC-DC变换器拓扑的控制方法，包括：步骤1：检测低压端DC-AC变换器的DC端电压和电流，计算出低压端DC-AC变换器的输入平均有功功率；步骤2：将参考电压与低压端DC-AC变换器的DC端电压两者作差，处理后得到第一单位化控制量；将参考功率与得到的输入平均有功功率两者作差，处理后得到第二单位化控制量；其中，第一单位化控制量和第二单位化控制量的绝对值均为小于或等于1的正数；步骤3：将第一单位化控制量和第二单位化控制量经过二选一开关选择后输出晶闸管控制量；步骤4：根据晶闸管控制量，得到高压端变换器中晶闸管的触发脉冲间隔周期，按顺序间隔产生相应触发脉冲。本公开的有益效果是：(1)本公开利用升压隔离变压器升压、谐振网络升压以及半波整流倍压，三级升压级联可以实现很高的总升压比；(2)本公开的拓扑谐振网络位于升压隔离变压器与高压整流器之间，可以有效隔离高压端对变压器的影响，升压隔离变压器本身不承受高电压；(3)本公开的拓扑升压隔离变压器漏感和寄生参数可等效为谐振网络的一部分，易于升压隔离变压器参数优化设计和工程实现；(4)本公开的拓扑通过谐振网络谐振，低压侧变换器功率开关与高压侧整流二极管易于实现软开关运行；(5)本公开拓扑高压端变换器采用晶闸管逆变电路，晶闸管可直接串联，有效降低成本、提高可靠性；(6)本公开通过拓扑重构实现直流低压与直流高压之间的双向功率传送；(7)本公开与现有隔离DC-DC变换器相比具有升压比高，结构简单，实用性强。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例的高升压比隔离DC-DC变换器结构框图；图2为本公开实施例一种低压端DC-AC变换器拓扑结构；图3(a)为本公开实施例升压隔离变压模块由单个升压隔离变压器构成图；图3(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高升压比隔离DC‑DC变换器拓扑，其特征在于，包括：低压端DC‑AC变换器，其用于将低压端直流电压转换为交流电压；升压隔离变压模块，其低压侧绕组与所述低压端DC‑AC变换器的输出端并联连接，高压侧绕组与谐振网络的输入端串联连接；谐振网络，其由电感L和电容C构成；所述谐振网络的输出端与高压端变换器电路的输入端相连；高压端变换器电路，其用于将升压后的交流电压转换为直流电压。

【技术特征摘要】
1.一种高升压比隔离DC-DC变换器拓扑，其特征在于，包括：低压端DC-AC变换器，其用于将低压端直流电压转换为交流电压；升压隔离变压模块，其低压侧绕组与所述低压端DC-AC变换器的输出端并联连接，高压侧绕组与谐振网络的输入端串联连接；谐振网络，其由电感L和电容C构成；所述谐振网络的输出端与高压端变换器电路的输入端相连；高压端变换器电路，其用于将升压后的交流电压转换为直流电压。2.如权利要求1所述的高升压比隔离DC-DC变换器拓扑，其特征在于，所述升压隔离变压模块为单个升压隔离变压器。3.如权利要求1所述的高升压比隔离DC-DC变换器拓扑，其特征在于，所述升压隔离变压模块由至少两个升压隔离变压器构成，每个升压隔离变压器的低压侧绕组采用并联连接方式，高压侧绕组采用串联连接方式。4.如权利要求1所述的高升压比隔离DC-DC变换器拓扑，其特征在于，所述谐振网络由串联连接的电感L和电容C构成。5.如权利要求1所述的高升压比隔离DC-DC变换器拓扑，其特征在于，所述谐振网络中的电感L和电容C中其中一者与谐振网络的输入端串联，另一者与谐振网络的输出端并联。6.如权利要求1所述的高升压比隔离DC-DC变换器拓扑，其特征在于，所述谐振网络还包括第一联动开关和第二联动开关，所述电感L和电容C串联连接构成LC串联网络，LC串联网络的一端与谐振网络的一个输入端相连，LC串联网络的另一端与第二联动开关的转换接点相连，第一联动开关的转换接点连接在电感L和电容C连结点处；第一联动开关的常开连接点与第二联动开关的常闭连接点相连，且均与谐振网络的第一输出端相连；第二联动开关的常开连接点与谐振网络的第二输出端相连。7.如权利要求1所述的高升压比隔离DC-DC变换器拓扑，其特征在于，所述高压端变换器电路包括串联连接的滤波电感和AC-DC变换器。8.一种如权利要求5所述的高升压比隔离DC-DC变换器拓扑的控制方法，其特征在于，包括：步骤1)：检测低压端DC-AC变换器的AC端输出电流及其相位；步骤2)：检测低压端DC-AC变换器的DC端电压和电流，计算低压端DC-AC变换器的输入平均有功功率；检测高压端变换器的输出端电压；步骤3)：将第一参考电压与低压端DC-AC变换器的DC端电压两者作差，处理后得到单位化控制量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广柱，王辉，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37