一種雙向多端口非隔離直流變換器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種非隔離直流變換器及其控制方法，更具體涉及一種雙向多端口非 隔離直流變換器及其控制方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，微電網(wǎng)技術(shù)是現(xiàn)在電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的新方向，它的出現(xiàn) 為解決大電網(wǎng)的很多問(wèn)題帶來(lái)了巨大的便利和契機(jī)，同時(shí)還為各種分布式電源的利用和開(kāi) 發(fā)提供了新的思路。作為微電網(wǎng)技術(shù)的分支，直流微電網(wǎng)技術(shù)W其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸走入人 們的視野。它具有高穩(wěn)定性、控制方法簡(jiǎn)單、便于電源接入W及易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，被很多需 要高供電可靠性的用電場(chǎng)合所采用。
[0003] 在直流微電網(wǎng)技術(shù)中，直流變換器起到相當(dāng)重要的作用，雙向直流變換器能實(shí)現(xiàn) 能量的雙向傳輸，它的輸入輸出電壓極性不變，但輸入輸出電流方向可W改變；而直流變換 器在微網(wǎng)應(yīng)用中存在W下幾個(gè)問(wèn)題；1、高壓直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣問(wèn)題；2、不同電壓等級(jí)直流 源接入變換器的兼容性；3、容量直流變換系統(tǒng)兀余性設(shè)計(jì)。為了解決上述問(wèn)題，提出一種雙 向多端口非隔離直流變換器及其控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種雙向多端口非隔離直流變換器及其控制方法，本申請(qǐng)的 變換器由多個(gè)模塊化直流變換器組成，每個(gè)端口均可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，可W根據(jù)需求 控制指定端口的電壓或者功率。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案；一種雙向多端口非隔離直流變換器， 所述直流變換器包括至少兩個(gè)其中一端與微電網(wǎng)連接的直流變換器模塊；所述直流變換器 模塊包括兩個(gè)串聯(lián)的上管模塊、下管模塊、與所述上管模塊并聯(lián)的電容Cl和與所述下管模 塊并聯(lián)的電容C2 ;所述上管模塊包括串聯(lián)的上管開(kāi)關(guān)Tl和下管開(kāi)關(guān)T2且所述下管開(kāi)關(guān)T2 并聯(lián)電容C3 ;所述下管模塊包括串聯(lián)的上管開(kāi)關(guān)T3和下管開(kāi)關(guān)T4且所述上管開(kāi)關(guān)T3并 聯(lián)電容C4.
[0006] 本發(fā)明提供的一種雙向多端口非隔離直流變換器，所述上管開(kāi)關(guān)Tl與二極管Dl 反向并聯(lián)；所述下管開(kāi)關(guān)T2與二極管D2反向并聯(lián)；所述上管開(kāi)關(guān)T3與二極管D3反向并 聯(lián)；所述下管開(kāi)關(guān)T4和與二極管D4反向并聯(lián)。
[0007] 本發(fā)明提供的一種雙向多端口非隔離直流變換器，在所述下管開(kāi)關(guān)T2中的集電 極和所述電容C3對(duì)應(yīng)的連接端間設(shè)有電感L1。
[0008] 本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種雙向多端口非隔離直流變換器，在所述下管開(kāi)關(guān)T3 中的發(fā)射極和所述電容C4對(duì)應(yīng)的連接端間設(shè)有電感L2。
[0009] 本發(fā)明提供一種包含上述技術(shù)方案的直流變換器的控制方法，所述控制方法包括 母線(xiàn)電壓控制過(guò)程和母線(xiàn)電流控制過(guò)程；所述母線(xiàn)電壓控制過(guò)程包括正母線(xiàn)電壓控制過(guò)程 和負(fù)母線(xiàn)電壓控制過(guò)程；所述母線(xiàn)電流控制過(guò)程包括正母線(xiàn)電流控制過(guò)程和負(fù)母線(xiàn)電流控 制過(guò)程。
[0010] 本發(fā)明提供的一種控制方法，所述正母線(xiàn)電壓控制過(guò)程包括W下步驟：
[0011] (1-1)接收恒壓控制指令W及恒壓控制指令值Vdref;
[001引 （1-2)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采樣電壓反饋值Vww和iuoo;
[001引 （1-：3)確定電壓環(huán)PI參數(shù)kp_。和ki_。；
[0014] (1-4)確定電壓閉環(huán)PI控制輸出電流指令idf。，；
[001引 （1-5)若所述idfef> 0,所述直流變換器工作在buck模式，確定a_buck，控制Tl的PWM占空比，T2封閉；
[0016]若所述idref《0,所述直流變換器工作在boost模式，確定a_boost，控制T2的 PWM占空比，Tl封閉；
[0017] (1-6)根據(jù)所述直流變換器的工作模式W及相應(yīng)占空比發(fā)出PWM驅(qū)動(dòng)Tl和T2信 號(hào)，返回步驟（1-1)。
[001引本發(fā)明提供的一種控制方法，所述負(fù)母線(xiàn)電壓控制過(guò)程包括W下步驟：
[0019] (2-1)接收恒壓控制指令W及恒壓控制指令值Vdref;
[0020] (2-。通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采樣電壓反饋值ViW，iww;
[0021](2-3)確定電壓環(huán)PI參數(shù)kp_。和ki_。；
[0022] (2-4)確定電壓閉環(huán)PI控制輸出電流指令idref;
[0023](2-5)若所述idref> 0,所述直流變換器工作在buck模式，確定a_buck，控制T4 的PWM占空比，T3封閉；
[0024] 若所述idref《0,所述直流變換器工作在boost模式，確定a_boost，控制T3的 PWM占空比，T4封閉；
[0025] (2-6)根據(jù)所述直流變換器的工作模式W及相應(yīng)占空比發(fā)出PWM驅(qū)動(dòng)T3和T4信 號(hào)，返回步驟（2-1)。
[0026] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種控制方法，所述正母線(xiàn)電流控制方法過(guò)程包括W下 步驟：
[0027](3-1)接收恒電流控制指令W及電流控制指令值IdfCf;
[0028] (3-2)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采樣電壓反饋值;
[0029] (3-3)若所述idref> 0,所述直流變換器工作在buck模式，確定a_buck，控制Tl 的PWM占空比，T2封閉；
[0030] (3-4)若所述idref《0,所述直流變換器工作在boost模式，確定a_boost，控制 T2的PWM占空比，Tl封閉；
[0031] (3-?根據(jù)所述直流變換器的工作模式W及相應(yīng)占空比發(fā)出PWM驅(qū)動(dòng)Tl和T2信 號(hào)，返回步驟（3-1)。
[0032] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種控制方法，所述負(fù)母線(xiàn)電流控制方法過(guò)程包括W下 步驟：
[003引 （4-1)接收恒電流控制指令W及電流控制指令值Idf。：；
[0034] (4-2)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采樣電壓反饋值iWW;
[0035](4-3)若所述idref> 0,所述直流變換器工作在buck模式，確定a_buck，控制T4 的PWM占空比，T3封閉；
[0036](4-4)若所述idref《0,所述直流變換器工作在boost模式，確定a_boost，控制 T3的PWM占空比，T4封閉；
[0037] (4-5)根據(jù)所述直流變換器的工作模式W及相應(yīng)占空比發(fā)出PWM驅(qū)動(dòng)T3和T4信 號(hào)，返回步驟（4-1)。
[003引本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種控制方法，:所述步驟（1-3)和步驟（2-3)中的電壓 環(huán)PI參數(shù)kp。和ki。通過(guò)下式確定：
[0040] 其中，kp。為電壓環(huán)比例系數(shù)，ki。為電壓環(huán)積分系數(shù)；Kpu、Kpi、Ki。和K。均為常數(shù)， Vdf。，電流外環(huán)指令值，ViW直流公共母線(xiàn)電壓第k次采樣值，Umi。為電壓偏差絕對(duì)值最小值， Um。、；為電壓偏差絕對(duì)值最大值；
[0041] 所述步驟（1-4)和步驟（2-4)中的電流指令idw通過(guò)下式確定：
[0043] 的似=Vd巧廣Vi(k)
[0044] 其中，idfef:為內(nèi)環(huán)電流指令，L;采樣周期；
[0045] 所述步驟（1-5)和步驟（2-5)中的a_buck通過(guò)下式確定：
[0046] 當(dāng)idref> 0 時(shí)：
[004引 Gi似=Vi-Vo
[004引其中，a=PWM占空比，Kpi;電流內(nèi)環(huán)比例系數(shù)，K。；電流內(nèi)環(huán)積分系數(shù)，Vi;輸入電 壓，V。；輸出電壓；
[0050] 所述步驟（1-5)的a_boost通過(guò)下式確定：
[005"當(dāng)idref《0 時(shí)：
[005引 Gi似=Vi-Vo
[0054] 所述步驟（2-5)的a_boost通過(guò)下式確定：
[00巧]當(dāng)idref> 0 時(shí)：
[0057] Gi似=Vi-Vo。
[005引本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種控制方法，所述步驟（3-3)和步驟（4-3)中的a_buck通過(guò)下式確定：
[0059]當(dāng)idref> 0 時(shí)：
[006。 6i(k) =Vi_v。
[0062] 所述步驟（3-4)的a_boost通過(guò)下式確定：
[006引 當(dāng)idref《0時(shí)：
[00 巧]Gi似=Vi-Vo
[0066] 所述步驟（4-4)中的a_boost通過(guò)下式確定：
[0067] 當(dāng)idref> 0 時(shí)：
[006引 Gi似=Vi-Vo。
[0070] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種控制方法，當(dāng)雙向直流變換器正極正向工作時(shí)，所 述Tl和D2配合工作，直流處于Buck模式；當(dāng)Tl導(dǎo)通時(shí)，電容Cl側(cè)電壓加到二極管Dl、 電感Ll和輸出電容C3上，故二極管D2截止；此時(shí)加在電感Ll上的電壓為Vi+〉Vo+，故電 感電流線(xiàn)性增加能量W磁場(chǎng)能的形式存儲(chǔ)在電感Ll中，并同時(shí)向輸出電壓Vo側(cè)充電；當(dāng) Tl關(guān)斷時(shí)，電感電流通過(guò)二極管D2續(xù)流，電感電流線(xiàn)性減小，電感Ll的儲(chǔ)能向電容C3 轉(zhuǎn)移；
[0071] 當(dāng)雙向直流變換器負(fù)極正向工作時(shí)，T4和二極管D3配合工作，直流處于Buck降 壓模式；當(dāng)T4導(dǎo)通時(shí)，電容C2側(cè)電壓加到二極管D4、電感L2和輸出電容C4上，故二極 管D3截止；此時(shí)加在電感L2上的電壓為Vi〉V0，故電感電流線(xiàn)性增加能量W磁場(chǎng)能的形 式存儲(chǔ)在電感L2中，并同時(shí)向輸出電壓Vo側(cè)充電；當(dāng)T4關(guān)斷時(shí)，電感電流通過(guò)二極管D3 續(xù)流，電感電流線(xiàn)性減小，電感L2的儲(chǔ)能向電容C4轉(zhuǎn)移。
[0072] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種控制方法，當(dāng)雙向直流變換器正極反向工作時(shí)，T2 和二極管Dl配合工作，所述直流變換器處于boost模式；所述T2導(dǎo)通時(shí)，電容C3全部加到 電感上，電感電流線(xiàn)性增加，電能W磁場(chǎng)能的形式存儲(chǔ)在電感Ll中，二極管Dl截止；當(dāng)T2 關(guān)斷時(shí)，電感電流通過(guò)二極管Dl向輸入電壓Vi側(cè)流動(dòng)，電容C3和電感Ll上的儲(chǔ)能向電 容Cl轉(zhuǎn)移，即給Cl充電。
[0073] 當(dāng)雙向直流變換器負(fù)極反向工作時(shí)，T3和二極管D4配合工作，直流處于boost 模式；T3導(dǎo)通時(shí)，電容C4全部加到電感上，電感電流線(xiàn)性增加，電能W磁場(chǎng)能的形式存儲(chǔ) 在電感L2中，二極管D4截止；當(dāng)T3關(guān)斷時(shí)，電感電流通過(guò)二極管D4向輸入電壓Vi側(cè)流 動(dòng)，電容C