一种基于拓扑集成的多端口变换器、控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于拓扑集成的多端口变换器、控制方法及系统，涉及电力电子技术领域。多端口变换器包括：与电网相连接的第一双向全桥电路；与隔离型三端口变换器相连接，并与第一双向全桥电路共用两个开关器件的第二双向全桥电路；与输出负载相连接，并通过第一高频变压器与第二双向全桥电路相连的不控整流全桥电路；与蓄电池相连接，并通过第二高频变压器与第二双向全桥电路相连的第三双向全桥电路；与光伏电池和直流母线电容相连接的第一boost电路；与有源功率解耦电容相连，并与第一boost电路共用一个开关器件的第二boost电路。通过拓扑集成的方法，开关器件数量可以得到减小，因此本发明专利技术可以降低多端口变换器的硬件成本，减小体积重量，提高集成性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于拓扑集成的多端口变换器、控制方法及系统
本专利技术属于电力电子领域，更具体地，涉及一种基于拓扑集成的多端口变换器、控制方法及系统。
技术介绍
自第一次工业革命后，人类社会对能源的需求越来越大，大量的传统能源，如煤炭、天然气和石油等被开采和使用，由此引发了石油危机、全球变暖等社会性问题。社会各界开始意识到对能源的不合理运用会对人类社会带来巨大伤害，为了社会的可持续发展，可再生能源的开发和利用具有非常重要的意义。可再生能源包括太阳能、风能、水能等。以太阳能为例，太阳能发电的原理是应用半导体的“光生伏特”效应，产生光电压，将太阳光转化成电流输出(《家用小型单相光伏逆变器的研制》，邓佳钧，大连理工大学，2014)。光伏发电技术由此具有清洁安全、设备轻小、安装便捷等特点，被广泛应用在直流微网系统、家用光伏发电系统等方面。然而在现有交流配电系统的住宅中，若需接入光伏发电系统等新能源微网系统时，需要通过多个交直流变换器才能达到目的。使用多端口变换器可以有效减小家用发电系统的体积重量，提高系统的功率集成度。但是，目前的多端口变换器仍存在开关器件过多、控制方法复杂等问题。所以，如何进一步减小多端口变换器所需的开关器件数量，如何设计更加简单便捷的控制系统，是本领域研究人员亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的问题，本专利技术提供了一种基于拓扑集成的多端口变换器、控制方法及系统，其目的在于进一步减小多端口变换器所需的开关器件数量，进一步简化多端口变换器的控制系统。本专利技术一方面提供了一种基于拓扑集成的多端口变换器，包括：与电网相连接的第一双向全桥电路；与隔离型三端口变换器相连接，并与第一双向全桥电路共用两个开关器件的第二双向全桥电路；与输出负载相连接，并通过第一高频变压器与第二双向全桥电路相连的不控整流全桥电路；与蓄电池相连接，并通过第二高频变压器与第二双向全桥电路相连的第三双向全桥电路；与光伏电池和直流母线电容相连接的第一boost电路；与有源功率解耦电容相连，并与第一boost电路共用一个开关器件的第二boost电路。优选地，第一双向全桥电路包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第四开关管S4、第五开关管S5、第一并网电感Lg1、第二并网电感Lg2以及电网接口；其中所述第一开关管S1的漏极与所述第二开关管S2的源极相连；所述第四开关管S4的漏极与所述第五开关管S5的源极相连；所述第一开关管S1的源极与所述第四开关管S4的源极相连；所述第一并网电感Lg1的两端分别与所述第五开关管S5的源极和电网接口的火线相连；所述第二并网电感Lg2同时与所述第二开关管S2的源极和电网接口的零线相连。优选地，第二双向全桥电路包括：第二开关管S2、第五开关管S5、第三开关管S3、第六开关管S6、整流电感Lr、第一高频变压器原边以及第二高频变压器原边；其中所述第二开关管S2的漏极与所述第三开关管S3的源极相连；所述第五开关管S5的漏极与所述第六开关管S6的源极相连；所述第三开关管S3的漏极与所述第六开关管S6的漏极相连；所述整流电感Lr的两端分别与所述第六开关管S6的源极和第一高频变压器的原边同名端相连；所述第二高频变压器的原边同名端与第一高频变压器的原边异名端相连；所述第二高频变压器的原边异名端与所述第三开关管S3的源极相连。优选地，不控整流全桥电路包括：第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf、电阻负载RL以及第一高频变压器副边；其中所述第一整流二极管D1的正极与所述第二整流二极管D2的负极相连；所述第三整流二极管D3的正极与所述第四整流二极管D4的负极相连；所述第一整流二极管D1的负极与所述第三整流二极管D3的负极相连；所述第二整流二极管D2的正极与所述第四整流二极管D4的正极相连；所述输出滤波电感Lf的两端分别与所述第一整流二极管D1的负极和所述输出滤波电容Cf的正极相连；所述输出滤波电容Cf的负极与所述第二整流二极管D2的正极相连；所述电阻负载RL与所述输出滤波电容Cf并联；所述第一高频变压器的副边同名端与所述第三整流二极管D3的正极相连；所述第一高频变压器的副边异名端与所述第一整流二极管D1的正极相连。优选地，第三双向全桥电路包括：第十开关管Q1、第十一开关管Q2、第十二开关管Q3、第十三开关管Q4、蓄电池储能电容CBat以及第二高频变压器副边；其中所述第十开关管Q1的发射极与所述第十一开关管Q2的集电极相连；所述第十二开关管Q3的发射极与所述第十三开关管Q4的集电极相连；所述第十开关管Q1的集电极与所述第十二开关管Q3的集电极相连；所述第十一开关管Q2的发射极与所述第十三开关管Q4的发射极相连；所述蓄电池储能电容CBat的正极与所述第十开关管Q1的集电极相连；所述蓄电池储能电容CBat的负极与所述第十一开关管Q2的发射极相连；所述第二高频变压器的副边同名端与所述第十二开关管Q3的发射极相连；所述第二高频变压器的副边异名端与所述第十开关管Q1的发射极相连。优选地，第一boost电路包括：第七开关管S7、第八开关管S8、光伏电池组、光伏稳压电容CPV以及光伏滤波电感LPV；其中所述直流母线电容Cbus的负极与所述第七开关管S7的源极相连；所述第七开关管S7的漏极与所述第八开关管S8的源极相连；所述光伏滤波电感LPV的两端分别与所述光伏稳压电容CPV的正极和所述第七开关管S7的漏极相连；所述光伏稳压电容CPV的负极和所述第七开关管S7的源极相连；所述光伏电池组与所述光伏稳压电容CPV并联。优选地，第二boost电路包括：第八开关管S8、第九开关管S9、有源功率解耦电容Capd以及有源功率解耦电感Lapd；其中所述直流母线电容Cbus的正极与所述第九开关管S9的漏极相连；所述第八开关管S8的漏极与所述第九开关管S9的源极相连；所述有源功率解耦电感Lapd的两端分别与有源功率解耦电容Capd的负极和所述第八开关管S8的漏极相连；所述有源功率解耦电容Capd的正极和所述第九开关管S9的漏极相连。优选地，第一开关管S1～第九开关管S9为MOSFET。按照本专利技术的另一方面，提供了一种应用于上述多端口变换器的控制方法，包括：预设直流母线电容电压参考值与实际直流母线电容电压vbus之间的误差值，通过PI控制输出并网电流的峰值参考值；电网电压vg经过锁相环输出电网频率和相位；通过并网电流的峰值参考值、电网频率和相位输出与电网电压同步的参考电流ig_ref，与实际并网电流ig比较，通过滞环控制输出控制信号Hg；预设输出电压参考值与实际输出电压vo之间的误差值，通过PI控制输出滞环带宽；通过整流电流ir与参考0A之间的误差以及滞环带宽，通过滞环控制输出控制信号Hr；对Hg和Hr进行逻辑运算，输出第一双向全桥电路和第二双向全桥电路的开关器件的驱动信号；以实际并网电流ig与参考电流ig_ref之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于拓扑集成的多端口变换器，其特征在于，包括：/n与电网相连接的第一双向全桥电路；/n与隔离型三端口变换器相连接，并与第一双向全桥电路共用两个开关器件的第二双向全桥电路；/n与输出负载相连接，并通过第一高频变压器与第二双向全桥电路相连的不控整流全桥电路；/n与蓄电池相连接，并通过第二高频变压器与第二双向全桥电路相连的第三双向全桥电路；/n与光伏电池和直流母线电容相连接的第一boost电路；/n与直流母线电容相连，并与第一boost电路共用一个开关器件的第二boost电路。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑集成的多端口变换器，其特征在于，包括：
与电网相连接的第一双向全桥电路；
与隔离型三端口变换器相连接，并与第一双向全桥电路共用两个开关器件的第二双向全桥电路；
与输出负载相连接，并通过第一高频变压器与第二双向全桥电路相连的不控整流全桥电路；
与蓄电池相连接，并通过第二高频变压器与第二双向全桥电路相连的第三双向全桥电路；
与光伏电池和直流母线电容相连接的第一boost电路；
与直流母线电容相连，并与第一boost电路共用一个开关器件的第二boost电路。


2.如权利要求1所述的多端口变换器，其特征在于，所述第一双向全桥电路包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第四开关管S4、第五开关管S5、第一并网电感Lg1、第二并网电感Lg2以及电网接口；
其中所述第一开关管S1的漏极与所述第二开关管S2的源极相连；所述第四开关管S4的漏极与所述第五开关管S5的源极相连；所述第一开关管S1的源极与所述第四开关管S4的源极相连；所述第一并网电感Lg1的两端分别与所述第五开关管S5的源极和电网接口的火线相连；所述第二并网电感Lg2同时与所述第二开关管S2的源极和电网接口的零线相连。


3.如权利要求1或2所述的多端口变换器，其特征在于，所述第二双向全桥电路包括：第二开关管S2、第五开关管S5、第三开关管S3、第六开关管S6、整流电感Lr、第一高频变压器原边以及第二高频变压器原边；
其中所述第二开关管S2的漏极与所述第三开关管S3的源极相连；所述第五开关管S5的漏极与所述第六开关管S6的源极相连；所述第三开关管S3的漏极与所述第六开关管S6的漏极相连；所述整流电感Lr的两端分别与所述第六开关管S6的源极和第一高频变压器的原边同名端相连；所述第二高频变压器的原边同名端与第一高频变压器的原边异名端相连；所述第二高频变压器的原边异名端与所述第三开关管S3的源极相连。


4.如权利要求1所述的多端口变换器，其特征在于，所述不控整流全桥电路包括：第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf、电阻负载RL以及第一高频变压器副边；
其中所述第一整流二极管D1的正极与所述第二整流二极管D2的负极相连；所述第三整流二极管D3的正极与所述第四整流二极管D4的负极相连；所述第一整流二极管D1的负极与所述第三整流二极管D3的负极相连；所述第二整流二极管D2的正极与所述第四整流二极管D4的正极相连；所述输出滤波电感Lf的两端分别与所述第一整流二极管D1的负极和所述输出滤波电容Cf的正极相连；所述输出滤波电容Cf的负极与所述第二整流二极管D2的正极相连；所述电阻负载RL与所述输出滤波电容Cf并联；所述第一高频变压器的副边同名端与所述第三整流二极管D3的正极相连；所述第一高频变压器的副边异名端与所述第一整流二极管D1的正极相连。


5.如权利要求1所述的多端口变换器，其特征在于，所述第三双向全桥电路包括：第十开关管Q1、第十一开关管Q2、第十二开关管Q3、第十三开关管Q4、蓄电池储能电容CBat以及第二高频变压器副边；
其中所述第十开关管Q1的发射极与所述第十一开关管Q2的集电极相连；所述第十二开关管Q3的发射极与所述第十三开关管Q4的集电极相连；所述第十开关管Q1的集电极与所述第十二开关管Q3的集电极相连；所述第十一开关管Q2的发射极与所述第十三开关管Q4的发射极相连；所述蓄电池储能电容CBat的正极与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇，徐天启，康勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42