一种多新能源并联同时供电升压型高频环节直流变换器

本发明涉及高频环节直流变换器，特别是一种多新能源并联同时供电升压型高频环节直流变换器。

背景技术：

1、直流变换器是应用功率半导体器件将一种直流电变换成另一种直流电的电能变换装置。与非隔离型直流变换器相比，隔离型直流变换器(亦称为高频环节直流变换器)具有输出与输入之间高频电气隔离、变换器运行安全可靠性高和电磁兼容性高、输出与输入电压匹配能力强、应用范围宽广等优点。

2、太阳能、风能、潮汐能等绿色新能源具有清洁、廉价、可靠、丰富等优点,故应用前景广泛。由于石油、煤和天然气等不可再生的化石能源日益紧张、环境污染严重、全球气候变暖等原因，新能源的开发和利用越来越受到各国政府的高度重视。光伏、风力、燃料电池等新能源发电主要存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等缺陷，所以需要采用多种能源联合供电的分布式供电系统。

3、传统的单输入直流变换器型新能源分布式供电系统，如图1所示。该供电系统是采用多个单输入直流变换器将光伏电池、燃料电池、风力发电机等新能源发电设备输出的直流电变换成后级逆变器所需的公共直流母线电压,后级逆变器将其逆变成负载所需要的交流电压。为了使新能源发电部分协调工作，多种新能源分别进行电能变换后连接到公共的直流母线上，需要多个单输入直流变换器在输出端并联，故存在拓扑结构复杂、体积和重量大、成本高、可靠性低等缺陷。

4、为了简化拓扑结构，用一个多输入直流变换器取代多个单输入直流变换器组成新颖的多输入直流变换器型新能源分布式供电系统，如图2所示。多输入直流变换器允许多种能源输入，输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大。这种供电系统具有拓扑结构简洁、成本低、体积和重量小、一个高频开关周期内多个输入源分时或同时向负载供电、系统的稳定性高和灵活性强、可实现能源的优先和充分利用等优点。

5、因此，探索和寻求一类允许多种新能源联合供电的多输入直流变换器，对于简化系统拓扑结构、降低体积和重量以及成本、允许一个开关周期内多个输入源分时或同时向负载供电、提高系统的稳定性和灵活性、实现新能源的优先和充分利用具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多新能源并联同时供电升压型高频环节直流变换器，该直流变换器为具有多输入源共地、输出与多输入源之间高频电气隔离、多输入源并联同时供电、拓扑结构简洁、共用一个具有储能和释能选择开关的高频逆变电路和一个高频变压器及一个高频整流滤波电路、占空比调节范围宽、体积和重量小、变换效率高、成本低、重要应用价值等特点的多新能源并联同时供电升压型高频环节直流变换器。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种多新能源并联同时供电升压型高频环节直流变换器，这种直流变换器的拓扑结构是由n输入单输出全桥高频逆变电路、高频变压器、高频整流电路、输出滤波电容依序级联构成，并且n输入单输出全桥高频逆变电路的每一路输入端均与各自的依序级联构成的输入滤波电容、储能电感和有源钳位电路相级联，n为大于1的自然数；所述的n输入单输出全桥高频逆变电路的左上桥臂和右上桥臂均由n个共源极的承受单向电压应力、双向电流应力的高频功率开关组成，左下桥臂和右下桥臂均由一个承受单向电压应力、双向电流应力的高频功率开关组成；所述的有源钳位电路是由源极、漏极分别对应于全桥高频逆变电路正、负直流母线的钳位开关与承受直流电压的钳位电容串联组成，高频整流电路为由两个高频整流二极管组成的全波式电路或四个高频整流二极管组成的全桥式电路；半个开关周期ts/2内，选择开关s11、s12、…、s1n分别导通的时间ton1、ton2、…、tonn即为多输入源电压ui1、ui2、…、uin分别对电感l1、l2、…、ln的充磁(储能)时间，选择开关s31、s32、…s3n分别导通的时间toff1、toff2、…toffn即为电感l1、l2、…、ln分别与ui1、ui2、…、uin一起向输出滤波电容cdc和负载rl释能的时间，存在ton1+toff1＝ton2+toff2＝…＝ton2+toff2＝ts/2，第1、2、…、n路输入源的占空比为d1＝2ton1/ts、d2＝2ton2/ts、…、dn＝2tonn/ts，第m(m＝1,2,…,n)路输入源对lm的储能与释能相平衡，即tonmuim＝toffm(uon1/n2-uim)，输出电压udc与n路输入源电压ui1、ui2、…、uin和占空比d1、d2、…、dn的关系为udc＝(ui1n2/n1)/(1-d1)＝(ui2n2/n1)/(1-d2)＝…＝(uinn2/n1)/(1-dn)，d1≠d2≠…≠dn，n1、n2分别为高频变压器原、副边绕组匝数；n路输入源电压ui1、ui2、…、uin并联同时对输出负载供电。

3、在一较佳的实施例中：这种直流变换器的拓扑结构后序级联一个单相/具有中点电位平衡电路的三相spwm逆变电路，并且在其中间直流母线上直接或通过一个双向buck/boost充放电直流变换电路并接储能电池，以构成多新能源并联同时供电升压直流变换器型单相/三相高频环节逆变器；这种多新能源并联同时供电型单相/三相高频环节逆变器采用最大功率输出能量管理控制策略，n路输入源工作在最大输出功率状态，根据输出交流负载功率与n路输入源最大输出功率之和的相对大小实时控制储能电池或双向buck/boost充放电直流变换器的输出功率大小和流向，实现三种工作模式的平滑无缝切换，n路输入源最大输出功率之和大于输出交流负载功率时剩余功率直接或通过双向buck/boost充放电直流变换器对储能电池充电，n路输入源最大输出功率之和小于输出交流负载功率时储能电池直接或通过双向buck/boost充放电直流变换器放电补足输出交流负载所需的不足功率，n路输入源最大输出功率之和等于输出交流负载功率时储能电池既不充电也不放电；第1、2、…、n路输入源经最大功率点跟踪后的电流基准信号ii1r、ii2r、…、iinr与各路输入电流反馈信号ii1f、ii2f、…、iinf分别通过比例积分调节器1、2、…、n后输出电流误差放大信号i1e、i2e、…ine，i1e、i1e+i2e、…、i1e+i2e+…+ine分别与锯齿形载波uc交截输出pwm信号uhf1、uhf2、…、uhfn，uc经下降沿二分频电路输出的信号uk1及其反向信号uk2分别作为功率开关s2、s4的控制信号，uhf1、uhf2、…、uhfn及其反相信号分别与uk1、uk2相与并经或门电路输出s11、s12、…、s1n的控制信号，s11、s12、…、s1n的控制信号经非门后输出s31、s32、…、s3n的控制信号，uhf1、uhf2、…、uhfn分别经非门后输出钳位开关sc1、sc2、…、scn的控制信号；双向buck/boost充放电直流变换器的输出电压反馈信号udcf与基准电压udcr通过误差放大器后生成电压误差放大信号ue，ue与三角波uc交截生成放电开关sb1的控制信号，反相后输出充电开关sb2的控制信号，以确保输出直流母线电压udc的稳定。

4、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明将传统的单输入直流变换器型新能源分布式供电系统中输出端并联的多个单输入直流变换器拓扑结构，构建为由n输入单输出全桥高频逆变电路、高频变压器、高频整流电路、输出滤波电容依序级联构成并且n输入单输出全桥高频逆变电路的每一路输入端均与各自的依序级联的输入滤波电容、储能电感和有源钳位电路相级联构成的多新能源并联同时供电升压型高频环节直流变换器拓扑结构，提出了多新能源并联同时供电升压型高频环节直流变换器的新概念、电路结构与拓扑。

5、本发明的多新能源并联同时供电升压型高频环节直流变换器能够将多个共地、不稳定的输入直流电压变换成一个负载所需电压大小、稳定优质的输出直流电压，具有多输入源共地、输出与多输入源高频电气隔离、电路拓扑简洁、多路输入源对各储能电感的储能和释能互不影响、共用一个具有储能和释能选择开关的高频逆变电路和一个高频变压器及一个高频整流滤波电路、占空比调节范围宽、体积和重量小、变换效率高、成本低、重要应用价值等特点，其综合性能将比传统的输出端并联的多个单输入直流变换器优越。