一种交直流复用的功率变换器及其控制方法与流程

本发明属于电气，具体涉及一种交直流复用的功率变换器及其控制方法。

背景技术：

1、能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术,信息技术和智能管理技术,将大量由分布式能量采集装置,分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络节点互联起来,以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。

2、各种类型的能源设备接入能源互联网时需要进行能量转换。传统的控制器在处理各个类型的能源设备的接入时，针对不同类型的能源设备需要通过复杂的交直流模拟转换设备或变压器实现能源的有效转换，并且每种转换都需要不同的设备，比如直流-直流的转换，直流-交流的转换，其中交流的电压、频率、相位可能各不相同。为满足不同用电设备的需求,转换系统所配有的电源数量和种类都比较多,导致装置体积大、供电方案复杂,并且增加了系统损耗，也不利于整个系统的稳定运行。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种交直流复用的功率变换器及其控制方法，能够分时序输出不同形式电能。

2、本发明采用的技术方案是：一种交直流复用的功率变换器：包括一个开关模块、若干个端口、直流母线电容和控制分析模块；各路端口配置有开关；所述开关模块一端连接直流母线电容，另一端连接每一路端口的开关；所述端口一端连接电源或者负载，另一端连接该路端口的开关；当任一路端口配置的开关闭合时，其他路开关断开；所述直流母线电容一侧接地，另一侧连接开关模块进行能量交换；所述控制分析模块通过控制线连接各个端口的开关和开关模块，并基于各个端口所连接的电源或者负载生成开关模块和开关的驱动信号；所述开关模块的驱动信号按照端口数量划分成多时序开关周期，每个时序开关周期分别对应一个的端口；控制分析模块在任一个端口对应的时序开关周期，驱动该端口对应的开关闭合，同时驱动开关模块向该端口输出对应电压和频率的电能或者接收该端口输出的电能；所述直流母线电容应用于能源系统中；能源系统通过直流母线电容和开关模块为各端口所连接的负载供电或者通过开关模块和直流母线电容接收各端口所连接的电源输出的电能。

3、上述技术方案中，所述控制分析模块根据每个端口所连接的负载或者电源的电压、电流和频率，计算每个端口所连接的负载或者电源得到每个端口相应的电压幅值、频率、输出功率大小，并确定每个端口所连接的负载正常工作所需的供电周期以及时序，从而确定开关模块和开关的驱动信号的控制参数。

4、上述技术方案中，包括以下步骤：能源系统开启后，控制分析模块根据n个端口所连接的负载或者电源的电能特性，按照端口数量对开关模块的开关周期进行排序和划分，并确定每个开关周期相应的死区时间:第i个开关周期内第i个端口的开关闭合，其余所有端口的开关断开，控制分析模块驱动开关模块工作，如果第i个端口连接的为负载则基于该负载的电能特性将直流母线电容中的电能经由开关模块输出到第i个端口，如果第i个端口连接的为电源则基于该电源的电能特性将该电源输出的电能经由开关模块输出到直流母线电容；第i个开关周期结束时，第i个端口的开关断开；在死区时间内，控制分析模块断开所有端口的开关，并控制开关模块停止工作；经过死区时间后，第i+1个开关周期开始，并重复上述流程；完成第n个开关周期对第n个端口的输入后，将回到第1个开关周期，重新为第一个端口的负载供电或者接收该端口所接电源输出的电能。

5、上述技术方案中，控制分析模块基于各个端口所连接的电源或者负载生成开关模块和开关的驱动信号的过程包括：控制模块获取每个端口的所连接负载的输入电压或者所连接电源的输出电压，并基于直流母线电容电压计算得到每个端口的占空比；基于下式确定每个端口的开关周期ti，i＝1,2,...,n；

6、vi＝di*vdc (1)

7、

8、di＜ti (3)

9、其中，vdc表示直流母线电容电压；vi表示第i个端口的所连接负载的输入电压或者所连接电源的输出电压；di表示第i个端口的所连接负载的输入电压或者所连接电源的占空比；ti第i个端口的所连接负载的输入电压或者所连接电源的工作周期；f和t分别表示开关模块的工作频率和周期

10、本发明的有益效果是：本发明可以通过复用同一控制模块，同时满足不同类型、不同种类的生产设备高效运行，从此不再拘泥于必须不同电制电能独立供电。通过不同的输入输出端口均连接开关模块，由直线母线电容实现充放电，从而减少了所配有的电源数量和种类，进一步压缩了装置体积，简化了供电方案，有利于整个系统的稳定运行。同时通过数字化控制实现灵活有效的交直流复用功能，可以大大提高能源转换效率，提高能量路由器乃至能源互联网的整体性能。

11、进一步的，本发明的控制分析模块基于每个端口所连接的负载和电源确定时序周期，保证了多个端口所连接的设备均能够同时正常进行使用，提高了能源系统的整体利用率。

12、进一步的，本发明开关模块的驱动信号按照端口数量划分成多时序开关周期，并设置每个端口对应的时序和死区时间，保证能源系统的整体安全性和稳定性。

13、进一步的，本发明的控制分析模块基于每个端口的电能特性合理计算每个端口的时序和开关周期，保证每个端口所连接的设备都可以正常使用。

技术特征：

1.一种交直流复用的功率变换器，其特征在于：包括一个开关模块、若干个端口、直流母线电容和控制分析模块；各路端口配置有开关；所述开关模块一端连接直流母线电容，另一端连接每一路端口的开关；所述端口一端连接电源或者负载，另一端连接该路端口的开关；当任一路端口配置的开关闭合时，其他路开关断开；所述直流母线电容一侧接地，另一侧连接开关模块进行能量交换；所述控制分析模块通过控制线连接各个端口的开关和开关模块，并基于各个端口所连接的电源或者负载生成开关模块和开关的驱动信号；所述开关模块的驱动信号按照端口数量划分成多时序开关周期，每个时序开关周期分别对应一个的端口；控制分析模块在任一个端口对应的时序开关周期，驱动该端口对应的开关闭合，同时驱动开关模块向该端口输出对应电压和频率的电能或者接收该端口输出的电能；所述直流母线电容应用于能源系统中；能源系统通过直流母线电容和开关模块为各端口所连接的负载供电或者通过开关模块和直流母线电容接收各端口所连接的电源输出的电能。

2.根据权利要求1所述的一种交直流复用的功率变换器，其特征在于：所述控制分析模块根据每个端口所连接的负载或者电源的电压、电流和频率，计算每个端口所连接的负载或者电源得到每个端口相应的电压幅值、频率、输出功率大小，并确定每个端口所连接的负载正常工作所需的供电周期以及时序，从而确定开关模块和开关的驱动信号的控制参数。

3.基于权利要求1所述的一种交直流复用的功率变换器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：能源系统开启后，控制分析模块根据n个端口所连接的负载或者电源的电能特性，按照端口数量对开关模块的开关周期进行排序和划分，并确定每个开关周期相应的死区时间:第i个开关周期内第i个端口的开关闭合，其余所有端口的开关断开，控制分析模块驱动开关模块工作，如果第i个端口连接的为负载则基于该负载的电能特性将直流母线电容中的电能经由开关模块输出到第i个端口，如果端第i个端口连接的为电源则基于该电源的电能特性将该电源输出的电能经由开关模块输出到直流母线电容；第i个开关周期结束时，第i个端口的开关断开；在死区时间内，控制分析模块断开所有端口的开关，并控制开关模块停止工作；经过死区时间后，第i+1个开关周期开始，并重复上述流程；完成第n个开关周期对第n个端口的输入后，将回到第1个开关周期，重新为第一个端口的负载供电或者接收该端口所接电源输出的电能。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：控制分析模块基于各个端口所连接的电源或者负载生成开关模块和开关的驱动信号的过程包括：控制模块获取每个端口的所连接负载的输入电压或者所连接电源的输出电压，并基于直流母线电容电压计算得到每个端口的占空比；基于下式确定每个端口的开关周期ti，i＝1,2,...,n；

技术总结
本发明采用的技术方案是：一种交直流复用的功率变换器及其控制方法：包括一个开关模块、若干个端口、直流母线电容和控制分析模块；各路端口配置有开关；所述开关模块一端连接直流母线电容，另一端连接每一路端口的开关；所述端口一端连接电源或者负载，另一端连接该路端口的开关；当任一路端口配置的开关闭合时，其他路开关断开；所述直流母线电容一侧接地，另一侧连接开关模块进行能量交换；所述控制分析模块通过控制线连接各个端口的开关和开关模块，并基于各个端口所连接的电源或者负载生成开关模块和开关的驱动信号。本发明能够分时序输出不同形式电能。

技术研发人员：桑子夏,雷何,方仍存,杨东俊,汪颖翔,颜炯,黄家祺,郑旭,王琪鑫,蔡杰,杨洁,徐秋实,余轶,侯婷婷,王思聪,刘君瑶,叶学程
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13