一種并串聯(lián)交錯式三端口變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及一種并串聯(lián)交錯式=端口變換器，屬于智能微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類對電力的需求日益增大，而能源危機和環(huán)境污染的日 益加重，促進了人類對新能源發(fā)電技術(shù)的研究。光伏發(fā)電技術(shù)具有的各種優(yōu)勢使其成為未 來發(fā)電的主導(dǎo)方式之一，發(fā)展前景巨大，成為近年來研究的熱點。為了實現(xiàn)微電網(wǎng)的連續(xù)、 穩(wěn)定供電，由此形成了由光伏能源、儲能裝置和負(fù)載構(gòu)成的=端口功率系統(tǒng)。
[0003] =端口功率系統(tǒng)的傳統(tǒng)方案需要采用多個獨立的兩端口變換器，系統(tǒng)所用變換器 數(shù)量多，導(dǎo)致重量和占地面積大；且存在多級功率變換，系統(tǒng)效率不高。=端口變換器是近 年發(fā)展形成的一類新型變換器，通過一個變換器可W同時實現(xiàn)光伏能量、蓄電池和配電網(wǎng) 的功率管理和控制。其集成度高、功率密度高、效率高、體積小、成本低等優(yōu)點成為了國內(nèi)外 的研究熱點，并被應(yīng)用于智能微電網(wǎng)系統(tǒng)中。
[0004] 半橋=端口變換器是在半橋變換器基礎(chǔ)上衍生和發(fā)展起來的一類=端口變換器， 具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、適用于中小功率系統(tǒng)等優(yōu)勢，但目前構(gòu)造的半橋S端口變換器存在W 下技術(shù)難點；變換器的導(dǎo)通損耗高、開關(guān)管結(jié)電容與變壓器漏感諧振產(chǎn)生電壓尖峰，該些問 題亟待解決。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種并串聯(lián)交錯式=端口變換器。
[0006] 本實用新型的技術(shù)方案如下：
[0007] 一種并串聯(lián)交錯式=端口變換器，所述=端口變換器包括光伏陣列、Boost升壓電 路、直流側(cè)儲能電容、蓄電池、兩個半橋變換器、升壓變壓器；所述=端口變換器的=個端口 分別與光伏輸入端、蓄電池和電網(wǎng)相連：所述光伏陣列通過Boost升壓電路與光伏輸入端 連接，所述直流側(cè)儲能電容包括分壓儲能電容Cl和分壓儲能電容C2,所述分壓儲能電容Cl 和分壓儲能電容C,位于光伏輸入端與半橋變換器之間，所述分壓儲能電容C,與蓄電池并 聯(lián)，所述蓄電池與半橋變換器并聯(lián)，所述兩個半橋變換器通過升壓變壓器與電網(wǎng)相連。本實 用新型通過將兩個半橋變換器的原邊并聯(lián)，升壓變壓器副邊繞組串聯(lián)，在原邊開關(guān)管互補 導(dǎo)通的前提下，引入移相控制形成的新的功率控制變量，W實現(xiàn)負(fù)載側(cè)的功率控制，滿足了 S端口功率系統(tǒng)的控制需求。
[000引優(yōu)選的，所述Boost升壓電路包括光伏側(cè)儲能電容C。、Boost升壓電感L。、二極管 和IPM模塊S。;所述光伏側(cè)儲能電容C。、Boost升壓電感L。與IPM模塊S者串聯(lián)形成電 流回路，所述IPM模塊S。、二極管與光伏輸入端串聯(lián)形成電流回路，所述光伏側(cè)儲能電容C。 與光伏陣列并聯(lián)。
[0009] 優(yōu)選的，所述兩個半橋變換器的開關(guān)管選用型號為抑P2532的開關(guān)管。
[0010] 本實用新型的工作原理：光伏輸入端到電網(wǎng)之間等效為全橋變換器；蓄電池到電 網(wǎng)之間等效成交錯并聯(lián)正反激變換器，其中兩路正反激的輸入并聯(lián)、輸出串聯(lián)；光伏輸入到 蓄電池之間等效為交錯并聯(lián)雙向Buck/Boost變換器；升壓變壓器充當(dāng)濾波電感的作用。由 光伏輸入、蓄電池和電網(wǎng)構(gòu)成的S端口功率系統(tǒng)中，需要同時實現(xiàn)其中兩個端口電壓或電 流的控制，第=個端口則用來平衡功率關(guān)系。
[0011] 根據(jù)光伏能量、電網(wǎng)和蓄電池的功率約束關(guān)系，當(dāng)輸入源功率大于并網(wǎng)功率時，多 余的功率向蓄電池充電，蓄電池處于充電模式，且充電平均電流等于兩個變壓器激磁電感 平均電流之和；當(dāng)光伏能源功率少于需擬定的并網(wǎng)功率時，不足的功率由蓄電池補充，蓄電 池處于放電模式，且放電平均電流等于兩個激磁電感平均電流之和。因此，激磁電感電流， 也即變壓器繞組原邊電流的偏置電流，就直觀反應(yīng)了蓄電池的充放電情況。
[0012] 本實用新型的有益效果在于：
[0013] 1、本實用新型S端口變換器相比傳統(tǒng)的S端口系統(tǒng)需要采用多個獨立的兩端口 變換器，該裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低，適用于中小功率應(yīng)用。
[0014] 2、本實用新型=端口變換器不會增加額外的功率損耗，不會因漏感諧振產(chǎn)生較嚴(yán) 重的電壓尖峰，提高了系統(tǒng)效率。
[0015] 3、本實用新型S端口變換器解決了傳統(tǒng)半橋S端口變換器光伏側(cè)能量和蓄電池 電壓/功率不易控制的技術(shù)難點，減少了傳統(tǒng)S端口變換器的數(shù)量，提高了系統(tǒng)效率。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型并串聯(lián)交錯式S端口變換器拓?fù)洹?br>[0017] 圖2為本實用新型并串聯(lián)交錯式=端口變換器工作模態(tài)波形。
[001引其中；Ug-電網(wǎng)電壓；C。一光伏側(cè)儲能電容；L。一Boost升壓電感；Ci、C2-直流側(cè)儲 能電容；Ti、T2-升壓變壓器；Li、L2-變壓器原邊激磁電感；Sa-S4-IPM模塊；叫。一直流側(cè)電 壓；Ub-蓄電池電壓；叫一兩串聯(lián)變壓器原邊電壓；叫1-變壓器T1原邊電壓；叫2-變壓器T2 原邊電壓；iu、1^2-兩變壓器原邊電流；Ki一并網(wǎng)開關(guān)。
【具體實施方式】
[0019] 下面通過實施例并結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明，但不限于此。
[0020] 實施例1 ;
[0021] 一種并串聯(lián)交錯式=端口變換器，所述=端口變換器包括光伏陣列、Boost升壓電 路、直流側(cè)儲能電容、蓄電池、兩個半橋變換器、升壓變壓器；所述=端口變換器的=個端口 分別與光伏輸入端、蓄電池和電網(wǎng)相連：所述光伏陣列通過Boost升壓電路與光伏輸入端 連接，所述直流側(cè)儲能電容包括分壓儲能電容Cl和分壓儲能電容C2,所述分壓儲能電容Cl 和分壓儲能電容C,位于光伏輸入端與半橋變換器之間，所述分壓儲能電容C,與蓄電池并 聯(lián)，所述蓄電池與半橋變換器并聯(lián)，所述兩個半橋變換器通過升壓變壓器與電網(wǎng)相連。本實 用新型通過將兩個半橋變換器的原邊并聯(lián)，升壓變壓器副邊繞組串聯(lián)，在原邊開關(guān)管互補 導(dǎo)通的前提下，引入移相控制形成的新的功率控制變量，W實現(xiàn)負(fù)載側(cè)的功率控制，滿足了 S端口功率系統(tǒng)的控制需求。
[0022] 其中，所述Boost升壓電路包括光伏側(cè)儲能電容C。、Boost升壓電感L。、二極管和 IPM模塊S。;所述光伏側(cè)儲能電容C。、Boost升壓電感L。與IPM模塊S。^者串聯(lián)形成電流 回路，所述IPM模塊S。、二極管與光伏輸入端串聯(lián)形成電流回路，所述光伏側(cè)儲能電容C。與 光伏陣列并聯(lián)。
[0023] 所述兩個半橋變換器的開關(guān)管選用型號為抑P2532的開關(guān)管。
[0024] 根據(jù)光伏能量、電網(wǎng)和蓄電池的功率約束關(guān)系，當(dāng)輸入源功率大于并網(wǎng)功率時，多 余的功率向蓄電池充電，蓄電池處于充電模式，且充電平均電流等于兩個變壓器激磁電感 平均電流之和；當(dāng)光伏能源功率少于需擬定的并網(wǎng)功率時，不足的功率由蓄電池補充，蓄電 池處于放電模式，且放電平均電流等于兩個激磁電感平均電流之和。因此，激磁電感電流， 也即變壓器繞組原邊電流的偏置電流，就直觀反應(yīng)了蓄電池的充放電情況。
[0025] 參照圖2,W蓄電池充電模式為例，詳細(xì)分析變換器在離網(wǎng)模式下的工作原理。變 換器在一個開關(guān)周期有4個主要的開關(guān)模態(tài)，其主要工作波形如附圖2所示。
[0026] a)開關(guān)模式1[ta-tb] 時刻之前，S2、S4開通，S1、S3關(guān)斷；ta時刻，S1開通、S2關(guān) 斷，Ud等于Ud。和Ub的差值，U線性增加，變壓器原邊繞組電壓Udi和Ud2極性相反，Ud兩端電 壓等于輸入電壓Ud。，輸入源向負(fù)載饋送功率，兩變壓器原邊激磁電感的電流狀態(tài)方程為：
[0027]
【主權(quán)項】
1. 一種并串聯(lián)交錯式三端口變換器，其特征在于，所述三端口變換器包括光伏陣列、 Boost升壓電路、直流側(cè)儲能電容、蓄電池、兩個半橋變換器、升壓變壓器；所述三端口變換 器的三個端口分別與光伏輸入端、蓄電池和電網(wǎng)相連：所述光伏陣列通過Boost升壓電路 與光伏輸入端連接，所述直流側(cè)儲能電容包括分壓儲能電容C1和分壓儲能電容C2，所述分 壓儲能電容C1和分壓儲能電容C2位于光伏輸入端與半橋變換器之間，所述分壓儲能電容C2 與蓄電池并聯(lián)，所述蓄電池與半橋變換器并聯(lián)，所述兩個半橋變換器通過升壓變壓器與電 網(wǎng)相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的并串聯(lián)交錯式三端口變換器，其特征在于，所述Boost升壓電 路包括光伏側(cè)儲能電容Q、Boost升壓電感U、二極管和IPM模塊Stl;所述光伏側(cè)儲能電容 CQ、B〇〇st升壓電感Ltl與IPM模塊S。三者串聯(lián)形成電流回路，所述IPM模塊S。、二極管與光 伏輸入端串聯(lián)形成電流回路，所述光伏側(cè)儲能電容Q1與光伏陣列并聯(lián)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的并串聯(lián)交錯式三端口變換器，其特征在于，所述兩個半橋變 換器的開關(guān)管選用型號為FDP2532的開關(guān)管。
【專利摘要】本實用新型涉及一種并串聯(lián)交錯式三端口變換器，包括光伏陣列、Boost升壓電路、直流側(cè)儲能電容、蓄電池、兩個半橋變換器、升壓變壓器，其中兩半橋變換器原邊支路并聯(lián)、副邊繞組串聯(lián)，兩個半橋開關(guān)管互補導(dǎo)通；直流側(cè)到電網(wǎng)之間等效為全橋變換器；蓄電池到電網(wǎng)之間等效成交錯并聯(lián)正反激變換器；光伏輸入到蓄電池之間等效為交錯并聯(lián)雙向Buck/Boost變換器，通過調(diào)節(jié)兩個半橋變換器橋臂開關(guān)管的占空比可實現(xiàn)三端口能量的傳送。本實用新型具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低等優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)半橋三端口變換器光伏側(cè)能量和蓄電池電壓/功率不易控制的技術(shù)難點，提高了系統(tǒng)效率。
【IPC分類】H02M7-493
【公開號】CN204465377
【申請?zhí)枴緾N201520224656
【發(fā)明人】張慶海, 劉安華, 郭維明, 王軍, 李豹
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司聊城供電公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月14日