一种基于有向图的多端口逆变器拓扑衍生方法

本发明属于电力电子变换器，更为具体地讲，涉及一种基于有向图的多端口逆变器拓扑衍生方法。

背景技术：

1、多端口电力电子逆变器因其高能量密度、高能量传输效率、较少的能量转换次数以及多个直流端口等特点而备受关注。它能够充分发挥多源电力系统中不同能源的特性，使各能源间优势相互补充，从而提升整体能源系统的效率。因此，多端口逆变器技术正迅速成为解决多源电力系统高效率需求问题的热门选择。其中，如何衍生得到具备优良性能的多端口逆变器拓扑也成为了一个亟待解决的问题。

2、目前的多端口电力电子逆变器拓扑衍生方法主要有以下几种：1)组合优化法；2)对偶/同构法；3)功率流图构造法。然而，这些衍生方法都具有各自的不足之处：1)由于现有多端口逆变器的详细结构特点尚不清晰，用来组合的最佳基本电路单元暂时难以确定；2)现有多端口逆变器拓扑结构不多，使用对偶/同构法衍生得到的新拓扑有限；3)功率流图构造法仅仅提供了多端口逆变器端口间的功率流向，具体的电路结构还需人为确定。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于有向图的多端口逆变器拓扑衍生方法，将电路中的元器件转换为有向边，从有向边出发构建表征多端口逆变器的有向图，再将有向图转换为实际电路拓扑，最终衍生得到所需的多端口逆变器拓扑。

2、为实现上述发明目的，本发明一种基于有向图的多端口逆变器拓扑衍生方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、(1)、将多端口逆变器中的各个元器件建模为有向图中的元素；

4、(1.1)、将单个直流源转换为实线单向有向边，记为i＝1,2,…,n，n表示多端口逆变器中直流源的数量；其中，直流源的负极端为实线单向有向边的尾节点，直流源的正极端为实线单向有向边的头节点；

5、(1.2)、将单向开关管转换为实线单向有向边，记为j＝1,2,…表示多端口逆变器中开关管的编号；其中，开关管的集电极为实线单向有向边的尾节点，发射极为实线单向有向边的头节点；

6、将双向开关管转换为实线双向有向边，记为k＝1,2,…表示多端口逆变器中双向开关管的编号；

7、(1.3)、将单个二极管转换为虚线单向有向边，记为p＝1,2,…表示多端口逆变器中二极管的编号；其中，二极管的正极端为虚线单向有向边的尾节点，二极管的负极端为虚线单向有向边的头节点；

8、(2)、构造表征多端口逆变器的有向图；

9、(2.1)、设置一个公共尾节点，将n条代表直流源的实线单向有向边的尾节点全部连接至公共尾节点，所有头节点暂时闲置；

10、(2.2)、设置一个交流端节点；

11、(2.3)、设置一条单向有向边sback，将sback的尾节点连接至交流端节点，头节点连接至公共尾节点；

12、(2.4)、构建有向树；

13、(2.4.1)、将交流端节点作为有向树的根节点，将代表直流源的实线单向有向边的头节点全部作为有向树的叶子节点，记为li，i＝1,2,…,n；

14、(2.4.2)、在有向树的根节点与叶子节点之间添加中间节点；

15、设置中间节点的数目为m，m＝0,1,2,…,n-1；

16、若m＝0，则将有向树的所有叶子节点li通过一条代表单向开关管的有向边连接至交流端节点；

17、若m≠0，则根据树的基本结构特征，在叶子节点与中间节点之间、中间节点与中间节点之间、中间节点与根节点之间任意添加代表单向开关管的有向边每条有向边的方向都统一为叶子节点指向根节点方向，且必须保证与每个中间节点相连的有向边的数量不少于3，从而构建出有向树；

18、(2.4.3)、对有向树进行优化得到有向图；

19、除叶子节点l1之外，在其他所有叶子节点处插入一条代表二极管的有向边有向边的头节点连接至有向边的尾节点，方向与和其相连的直流源方向一致，从而得到最终的有向图；

20、(3)、根据步骤(1)的建模规则，将有向图转换成实际的单相电路拓扑，然后将单相电路拓扑拓展成三相拓扑，得到最终衍生的多端口逆变器拓扑。

21、本发明的发明目的是这样实现的：

22、本发明基于有向图的多端口逆变器拓扑衍生方法，首先将电路中各个元器件如直流源、单向/双向开关、以及二极管分别转换为有向图中的对应的有向边；然后按照一定规则使用这些有向边构建一个表征多端口逆变器的有向图，具体为：将代表直流源的有向边连接至公共尾节点，然后设置一条单向有向边和一个交流端节点，将该单向有向边的头节点连接至公共尾节点，尾节点连接至交流端节点，同时以代表直流源的有向边的头节点为叶子节点，以交流端节点为根节点，构造一个有向树并对其进行优化；最后将构建得到的有向图转换为实际的电路拓扑即可得到最终所需的多端口逆变器拓扑。

23、同时，本发明基于有向图的多端口逆变器拓扑衍生方法还具有以下有益效果：

24、(1)、本发明进行拓扑衍生时只需按照一定规则将代表不同元器件的有向边进行组合得到有向图即可衍生得到新拓扑，衍生新拓扑时无需参考现有多端口逆变器拓扑电路；

25、(2)、本发明通过构造有向图来衍生多端口逆变器拓扑，相比于现有的基于邻接矩阵的拓扑衍生方法更为简单直观，且省去了大量繁琐复杂的数学计算；

26、(3)、本发明采用有向边来表示元器件，能很好的体现元器件的功率/电流流向，因此将有向图转换为实际拓扑时，有向边指向和元器件的具体连接/摆放方向可以一一对应，无需后续人为调整各个器件的连接方向；

27、(4)、本发明采用有向图来表示多端口逆变器拓扑，逆变器中每一个元器件的功率流向都能被有向边表征，因此，在使用有向图进行拓扑衍生的同时，还可以借助有向图分析多端口逆变器的工作模式。

技术特征：

1.一种基于有向图的多端口逆变器拓扑衍生方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于有向图的多端口逆变器拓扑衍生方法，其特征在于，所述步骤(2.4.3)中对有向树进行优化的方法还为：

技术总结
本发明公开了一种基于有向图的多端口逆变器拓扑衍生方法，首先将电路中各个元器件如直流源、单向/双向开关、以及二极管分别转换为有向图中的对应的有向边；然后按照一定规则使用这些有向边构建一个表征多端口逆变器的有向图，具体为：将代表直流源的有向边连接至公共尾节点，然后设置一条单向有向边和一个交流端节点，将该单向有向边的头节点连接至公共尾节点，尾节点连接至交流端节点，同时以代表直流源的有向边的头节点为叶子节点，以交流端节点为根节点，构造一个有向树并对其进行优化；最后将构建得到的有向图转换为实际的电路拓扑即可得到最终所需的多端口逆变器拓扑。

技术研发人员：周德洪,黄峥沁,沈泽微,邹见效
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15