一种多端口网格形模块化的多电平直流变换器制造技术

本发明专利技术提供的一种多端口网格形模块化多电平直流变换器，采用完全相同非隔离的DC

【技术实现步骤摘要】
一种多端口网格形模块化的多电平直流变换器


[0001]本专利技术属于本专利技术涉及电力系统输配电领域，具体涉及一种多端口网格形模块化的多电平直流变换器。

技术介绍

[0002]新型能源是一种可持续发展的能源，分布式新能源发电作为区别与传统能源的发电方式，虽然可以实现发现但是具有明显的间歇性，且电压等级多，功率波动大，需要通过中低压直流电网对多个电源与负载进行有效互联，实现能量的优化配置。而多端口DC/DC变换器(Multiple Port DC/DCConverter，MPC)可快速实现不同电压、不同内阻的电源与负载间的功率匹配，有效降低电网中变换器的使用数量，便于电压与功率的集中控制与调配，可以实现中低压直流系统多端能量交互控制。
[0003]MPC可分为隔离型和非隔离型两大类，隔离型MPC通常使用高频变压器实现端口间的电气隔离。然而，高频变压器的漏感和偏磁会引起开关器件过大的电压尖峰，增大器件的电流电压应力，而且高频变压器的复杂结构，会增大变换器体积，降低效率。非隔离型MPC取消了高频变压器，减少了交直流变换环节，有效简化了结构，降低了体积和成本，效率相对较高。针对采用非隔离型MPC实现分布式新能源的互联，基本可以分为公用母线型MPC、电感复用型MPC以及开关电容型MPC三类。公用母线型MPC 不足之处在于电路相互独立造成器件使用数量较多，利用率低，开关器件应力分布不均；器件复用MPC仍然没有解决器件电压、电流应力分布不均且部分器件应力过高的问题。开关电容型MPC网络各级电容电压无法独立控制，且电容间的充放电过程为直接并联，会产生较大的电流尖峰和器件损耗。
[0004]现有技术中非隔离型MPC由于受器件应力、拓扑结构的限制，在一定程度上无法满足分布新能源发电等中低压直流系统在端口数量、电压等级、功率容量上的快速发展需求，无法形成高效的、可灵活拓展的模块化拓扑及控制方法。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种多端口网格形模块化的多电平直流变换器。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供的一种多端口网格形模块化的多电平直流变换器包括：多级组合电路，所述多级组合电路呈现网格结构，每一级组合电路由多个相互并联的Buck
‑
Boost模块，每个Buck
‑
Boost模块包括4个连接端，第一级组合电路中的每个Buck
‑
Boost模块的第一端分别连接一个接地电容正端，每个接地电容的负端与第一级组合电路中每个Buck
‑
Boost模块的第二端相连后接入电源地，相邻级的组合电路中相同位置处的Buck
‑
Boost模块之间串联，每级组合电路的Buck
‑
Boost模块的第三端用于输入、输出或能量存储端口。
[0007]可选的，所述Buck
‑
Boost模块包括：电容、电感、第一开关管以及第二开关管，电容的正端为该Buck
‑
Boost模块的第三端，电容的正端与第一开关管的第一端相连，电容的负端为该Buck
‑
Boost模块的第四端以及第一端，电容的负端与电感的一端相连，电感的第二
端与第一开关管的第二端相连，电感的另一端与第二开关管的第一端相连，第二开关管的第二端为该 Buck
‑
Boost模块的第二端。
[0008]可选的，所述多组合电路的级数为N，每一级多组合电路中的 Buck
‑
Boost模块个数为b
N
，第n
‑
1级组合电路中第b
i
个Buck
‑
Boost模块的第三端与第n级组合电路中第b
i
个Buck
‑
Boost模块的第一端相连，第n
‑
1级组合电路中第b
i
个Buck
‑
Boost模块的第四端与第n级组合电路中第b
i
个Buck
‑
Boost 模块的第二端相连。
[0009]可选的，所述第一开关管以及第二开关管为MOS管，所述第一开关管的栅极以及第二开关管的栅极输入解耦控制算法装置输出的驱动信号，所述Buck
‑
Boost模块的第四端输入所述解耦控制算法装置输出的经过处理后的控制信号。
[0010]可选的，每级组合电路中存在与其他级组合电路Buck
‑
Boost模块的个数不相同的组合电路，该级组合电路中Buck
‑
Boost模块的个数与各级组合电路中电流应力分布相关。
[0011]本专利技术提供的一种多端口网格形模块化多电平直流变换器，完全相同非隔离的DC
‑
DC变换器模块进行同级并联，不同级的DC
‑
DC变换器输出端依次串联的连接方式，选用Buck
‑
Boost模块作为单个DC
‑
DC变换器模块，多端口变换器普遍存在端口间较强的耦合作用，因此每一个DC
‑
DC变换器进一步包括有各自的控制回路，可以实现多端口的解耦控制。变换器中的模块具有完全相同的电路结构和电气参数，可实现标准化生产和组装，并且可以实现模块间的均流和均压。多端口网格形模块化的多电平直流变换器拓扑结构在满足端口特性要求及器件电压、电流应力均衡分布的基础上，实现网格结构中模块数量的最小化填充的最优化设计，可以实现端口数量、电压等级、功率容量的灵活扩充。
[0012]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0013]图1是本专利技术提供的一种多端口网格形模块化的多电平直流变换器的应用场景示意图；
[0014]图2是本专利技术实施例提供的一种多端口网格形模块化的多电平直流变换器的结构示意图；
[0015]图3是本专利技术实施例提供的Buck
‑
boost模块的电路结构图；
[0016]图4a是本专利技术实施例提供的两层结构三个模块在第一种开关状态下的电流流向图；
[0017]图4b是本专利技术实施例提供的两层结构三个模块的在第二种开关状态下的电流流向图；
[0018]图5是本专利技术实施例提供的多端口网格形模块化多电平直流变换器控制系统框图；
[0019]图6为本专利技术提供的变换器在Boost模式下定电压控制的仿真波形图；
[0020]图7为本专利技术提供的变换器的第一级组合电路在采用间隔控制策略下和没有采用间隔控制策略下输出电压波形图。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于
此。
[0022]实施例一
[0023]本专利技术提供的一种多端口网格形模块化的多电平直流变换器的应用场景如图1所示，可以是新能源领域、家用电器等等。应用场景例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多端口网格形模块化的多电平直流变换器，其特征在于，所述多电平直流变换器包括：多级组合电路，所述多级组合电路呈现网格结构，每一级组合电路由多个相互并联的Buck
‑
Boost模块，每个Buck
‑
Boost模块包括4个连接端，第一级组合电路中的每个Buck
‑
Boost模块的第一端分别连接一个接地电容正端，每个接地电容的负端与第一级组合电路中每个Buck
‑
Boost模块的第二端相连后接入电源地，相邻级的组合电路中相同位置处的Buck
‑
Boost模块之间串联，每级组合电路的Buck
‑
Boost模块的第三端用于输入、输出或能量存储端口。2.根据权利要求1所述的多电平直流变换器，其特征在于，所述Buck
‑
Boost模块包括：电容、电感、第一开关管以及第二开关管，电容的正端为该Buck
‑
Boost模块的第三端，电容的正端与第一开关管的第一端相连，电容的负端为该Buck
‑
Boost模块的第四端以及第一端，电容的负端与电感的一端相连，电感的第二端与第一开关管的第二端相连，电感的另一端与第二开关管的第一端相连，第二开关管的第二端为该Buck
‑
Boost模块的第二端。3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙乐嘉，弋锦，张艺蒙，张玉明，薛璇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：