本发明专利技术提供了一种用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器，包括：四端口变换器，四端口变换器包括两组三绕组变压器Tr1和Tr2，四端口变换器上连接有低压端口、高压端口以及逆变器，第一低压端口对应的逆变器FB1连接至三绕组变压器Tr1的原边绕组，第二低压端口对应的逆变器FB2连接至三绕组变压器Tr2的原边绕组，第三高压端口对应的逆变器FB3与三绕组变压器Tr1的第一副边绕组以及三绕组变压器Tr2的第一副边绕组串联，第四高压端口对应的逆变器FB4与三绕组变压器Tr1的第二副边绕组以及三绕组变压器Tr2的第二副边绕组串联。本发明专利技术基于全桥变换器技术，降低了电能转换级数，减小了变换器的损耗，同时具备容错运行能力。行能力。行能力。
【技术实现步骤摘要】
用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器
[0001]本专利技术涉及脉冲负载补偿
，具体地，涉及一种用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器。
技术介绍
[0002]随着舰船技术的快速发展，高能武器、电磁发射装置和新型雷达等功率脉冲型负载在船舶综合电力系统中的应用越来越广泛。以高功率雷达装备为代表的负载工作周期通常为毫秒级，消耗功率呈典型的脉冲特性。一方面，脉冲负载直接接入直流配电系统导致线路电流变化率大，持续时间长，易引起支路保护设备的误动作。另一方面，脉冲型负载的功率脉动无序且频繁，冲击峰值高，脉冲功负载周期性连续扰动导致系统电能质量降低，由此产生的振荡导致相连变流器与系统失稳风险增加，给船舶电力系统的安全稳定运行带来了严峻挑战。
[0003]现有的脉冲负载补偿技术可主要分为基于变换器自身元件的补偿技术，以及经并联储能元件的补偿技术。其中，经并联储能元件的补偿技术，可以应用超级电容、蓄电池等元件，通过控制储能元件的充放功率，实现对脉冲负载的直接补偿，相对于基于变换器自身无源元件的补偿技术，有更好的补偿效果。目前，并联储能元件的补偿技术所采用的拓扑大多为双端口，非隔离型。当需要接入多种电压等级不同的储能元件时，存在功率转换级数高，控制采样通讯延时等问题。且当储能元件故障时，不具备容错运行能力。
技术实现思路
[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器。
[0005]根据本专利技术提供的一种用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器，包括：四端口变换器，所述四端口变换器包括两组三绕组变压器Tr1和Tr2，所述四端口变换器上连接有四个直流端口，包括第一低压端口、第二低压端口、第三高压端口以及第四高压端口，所述直流端口与三绕组变压器之间连接有逆变器；
[0006]所述第一低压端口对应的逆变器FB1连接至三绕组变压器Tr1的原边绕组，所述第二低压端口对应的逆变器FB2连接至三绕组变压器Tr2的原边绕组，所述第三高压端口对应的逆变器FB3与三绕组变压器Tr1的第一副边绕组以及三绕组变压器Tr2的第一副边绕组串联，所述第四高压端口对应的逆变器FB4与三绕组变压器Tr1的第二副边绕组以及三绕组变压器Tr2的第二副边绕组串联。
[0007]优选地，所述第一低压端口和第二低压端口用于连接储能元件，所述第三高压端口用于连接直流母线，所述第四高压端口用于连接直流负载。
[0008]优选地，所述三绕组变压器Tr1的第一副边绕组与三绕组变压器Tr2的第一副边绕组组成的交流回路中串联设置有电感L1，所述三绕组变压器Tr1的第二副边绕组与三绕组变压器Tr2的第二副边绕组组成的交流回路中串联设置有电感L2。
[0009]优选地，当所述四端口有源桥变换器正常运行时，所述高压端口与低压端口通过相位控制实现进行双向功率流动，当所述四端口有源桥变换器发生低压端口短路时，通过脉冲封锁保护隔离补偿。
[0010]优选地，当所述四端口有源桥变换器正常运行时，FB1‑
FB3在L1所在回路传输的平均功率如下式所示：
[0011]当d1<d2时，
[0012][0013]当d1>d2时，
[0014][0015]其中，d1表示逆变器FB2输出电压相对于FB1输出电压的移相角，d2表示逆变器FB3输出电压相对于FB1输出电压的移相角，T
hs
表示半个开关周期，n为两个三绕组变压器的变比。
[0016]优选地，当所述四端口有源桥变换器正常运行时，FB1，FB2，FB4在L2所在回路传输的平均功率如下式所示：
[0017]当d1>d3时，
[0018][0019]当d1<d3时，
[0020][0021]其中，d1表示逆变器FB2输出电压相对于FB1输出电压的移相角，d3表示逆变器FB3输出电压相对于FB1输出电压的移相角，T
hs
表示半个开关周期，n为两个三绕组变压器的变比，PFB
1_2
、PFB
2_2
分别表示FB1、FB2在L2所在回路中输出的功率，而PFB4表示FB4接收的功率。
[0022]优选地，当所述第二低压端口所连接的储能元件发生短路时，各端口的功率为：
[0023][0024][0025][0026][0027]其中，d2表示逆变器FB3输出电压相对于FB1输出电压的移相角，d3表示逆变器FB3输出电压相对于FB1输出电压的移相角，T
hs
表示半个开关周期，n为两个三绕组变压器的变比，P
FB1
为FB1在L1所在回路中输出的功率，P
FB3
为FB3在L1所在回路中接收的功率，P
FB4
为FB4在L2所在回路中接收的功率。
[0028]优选地，当所述第一低压端口所连接的储能元件发生短路时，各端口的功率为：
[0029][0030][0031][0032][0033]其中，d1表示逆变器FB2输出电压相对于FB1输出电压的移相角，d3表示逆变器FB3输出电压相对于FB1输出电压的移相角，T
hs
表示半个开关周期，n为两个三绕组变压器的变比，P
FB2
表示FB2在L1所在回路中输出的功率，P
FB3
为FB3在L1所在回路中接收的功率，P
FB4
为FB4在L2所在回路中接收的功率。
[0034]本专利技术还公开了一种船舶电力系统，所述船舶电力系统包括用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0036]1、本专利技术基于全桥变换器技术，利用两个三绕组中频变压器，建立了电压等级不同的直流母线，脉冲负载以及两种时间常数不同的储能设备之间的连接，降低了电能转换级数，减小了变换器的损耗。
[0037]2、本专利技术建立直流母线，脉冲负载以及储能设备之间的中高频连接，缩小所采用的三绕组变压器体积，实现了四端口变换器的紧凑型设计。
[0038]3、本专利技术变换器具备容错运行能力，当其中一个储能元件发生短路故障时，仍能从直流母线向负载输送功率，并且利用未发生故障的储能元件的能量双向流动进行补偿。
[0039]本专利技术的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
[0040]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0041]图1为本专利技术中四端口有源桥变换器拓扑图；
[0042]图2为本专利技术中四端口变换器正常工作模式工作波形；
[0043]图3为本专利技术中四端口变换器容错运行模式本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器，其特征在于，包括：四端口变换器，所述四端口变换器包括两组三绕组变压器Tr1和Tr2，所述四端口变换器上连接有四个直流端口，包括第一低压端口、第二低压端口、第三高压端口以及第四高压端口，所述直流端口与三绕组变压器之间连接有逆变器；所述第一低压端口对应的逆变器FB1连接至三绕组变压器Tr1的原边绕组，所述第二低压端口对应的逆变器FB2连接至三绕组变压器Tr2的原边绕组，所述第三高压端口对应的逆变器FB3与三绕组变压器Tr1的第一副边绕组以及三绕组变压器Tr2的第一副边绕组串联，所述第四高压端口对应的逆变器FB4与三绕组变压器Tr1的第二副边绕组以及三绕组变压器Tr2的第二副边绕组串联。2.根据权利要求1所述的用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器，其特征在于，所述第一低压端口和第二低压端口用于连接储能元件，所述第三高压端口用于连接直流母线，所述第四高压端口用于连接直流负载。3.根据权利要求1所述的用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器，其特征在于，所述三绕组变压器Tr1的第一副边绕组与三绕组变压器Tr2的第一副边绕组组成的交流回路中串联设置有电感L1，所述三绕组变压器Tr1的第二副边绕组与三绕组变压器Tr2的第二副边绕组组成的交流回路中串联设置有电感L2。4.根据权利要求3所述的用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器，其特征在于，当所述四端口有源桥变换器正常运行时，所述高压端口与低压端口通过相位控制实现进行双向功率流动，当所述四端口有源桥变换器发生低压端口短路时，通过脉冲封锁保护隔离补偿。5.根据权利要求4所述的用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器，其特征在于，当所述四端口有源桥变换器正常运行时，FB1‑
FB3在L1所在回路传输的平均功率如下式所示：当d1<d2时，当d1>d2时，其中，d1表示逆变器FB2输出电压相对于FB1输出电压的移相角，d2表示逆变器FB3输出电
压相对于FB1输出电压的移相角，T
hs
表示半个开关周期，n为两个三绕组变压器的变比。6.根据权利要求4所述的用于混合储能与脉冲负载接入的四端口有源桥变换器，其特征在于，当所述四端口有源桥变换器正常运行时，FB1，FB2，FB4在L2所在回路传输的平均功率如下式所示：当d1>d3时，当d1<d3时，其中，d1表示逆变器FB2输出电压相对于FB1...
【专利技术属性】
技术研发人员：马建军，方华松，朱淼，徐大桢，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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