一种磁集成四路交错并联型光伏DC-DC变换/储能系统的制作方法

本发明属于电力电子，具体涉及一种磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统。

背景技术：

1、随着可再生能源的使用，太阳能光伏发电的应用逐渐增多。光伏组件的寿命常在20年左右，当采用电解电容进行滤波或稳压时，由于电解电容寿命较短，会使电力电子器件寿命与光伏组件不匹配，增大成本。光伏组件常为多单元组串式结构，当采用多路交错并联的拓扑时，可以有效利用光伏组件的特性，减小电流纹波，增大电流频率，从而减小系统中电容容值，用长寿命的薄膜电容代替短寿命的电解电容。同时因光伏组件数量较多，引入磁集成技术，可以有效降低磁元件的体积、重量，提高变换器功率密度。在每路dc-dc变换器中引入储能单元，可以使光伏系统工作模式更加多样化，在使光伏组件稳定工作在最大功率点的情况下，满足多种形式的负载的需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提供一种通过对变换器磁性元件的设计与分析，将四路高频电感与思路储能耦合电感集成在一副eie磁芯中，在不影响变换器正常运行条件下，同时减小了电流纹波、变压器体积和重量、输出电容容值，提高功率密度增加变换器使用寿命，且在不影响光伏组件工作于最大功率点的条件下满足多种形式的负载需求的一种磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

3、一种磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，包括：光伏电池板pv、输入滤波电容c、四路四开关升降压变换单元、四组高频电感、四组储能耦合电感、四组储能单元、输出滤波电容c0以及负载电阻r0；

4、四路四开关升降压变换单元的输入端连接光伏电池板pv和输入滤波电容c，输出端连接输出滤波电容c0和负载电阻r0，四组高频电感设置在四路四开关升降压变换单元中，四组储能单元分别连接四组储能耦合电感，四组高频电感和四组储能耦合电感通过磁集成结构实现磁耦合连接。

5、进一步的，还包括：磁芯，磁芯为eie型；

6、高频电感l1与储能耦合电感l1’绕制在eie型磁芯其中一个e磁芯的一边侧柱；

7、高频电感l2与储能耦合电感l2’绕制在与l1相同e磁芯的另一侧柱；

8、高频电感l3与储能耦合电感l3’绕制在另一e磁芯的一边侧柱；

9、高频电感l4与储能耦合电感l4’绕制在与l3相同e磁芯的另一侧柱。

10、进一步的，四组高频电感的匝数均相同，四组储能耦合电感的匝数也均相同。

11、进一步的，eie型磁芯的四路侧柱均开有相同气隙。

12、进一步的，磁芯、四组高频电感和四组储能耦合电感为集成结构。

13、进一步的，每路四开关升降压变换单元包括：开关器件q1/q2/q3/q4；

14、开关器件q1的源极与所在回路的高频电感的正极相连接，开关器件q2的漏极与所在回路的高频电感的正极相连接，开关器件q2的源极与输出滤波电容c负极相连接，开关器件q3的漏极与所在回路的高频电感的负极相连接，开关器件q3的源极与输出滤波电容c0正极相连接，开关器件q4的漏极与所在回路的高频电感负极相连接，开关器件q4的源极与输出滤波电容c0负极相连接。

15、进一步的，储能单元包括：储能电容c’以及开关器件qx1/qx2；

16、开关器件qx1漏极与储能电容c’一端相连接，开关器件qx1的源极与所在回路的储能耦合电感l’的一端相连接，开关器件qx2漏极与储能电容c’另一端相连接，开关器件qx2的源极与所在回路的储能耦合电感l’的另一端相连接，所在回路的储能耦合电感l’与对应的高频电感l绕制在e磁芯同一侧柱，通过磁耦合相连接。

17、进一步的，每路四开关升降压变换单元的开关器件q1的漏极与一组光伏电池板pv正极和输入滤波电容c正极相连接，输入滤波电容c负极与光伏电池板pv负极相连接。

18、进一步的，四路四开关升降压变换单元均采用平均电流控制的方法进行控制。

19、进一步的，四路四开关升降压变换单元相同位置开关器件导通相位相差90°，采用相同调制方式。

20、综上，本发明提供了一种磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，该系统包括光伏电池板pv、输入滤波电容c、四路四开关升降压变换单元、四组高频电感、四组储能耦合电感、四组储能单元、输出滤波电容c0以及负载电阻r0；四路四开关升降压变换单元的输入端连接光伏电池板pv和输入滤波电容c，输出端连接输出滤波电容c0和负载电阻r0，四组高频电感设置在四路四开关升降压变换单元中，四组储能单元分别连接四组储能耦合电感，四组高频电感和四组储能耦合电感通过磁集成结构实现磁耦合连接。本发明通过四路相同结构的四开关升降压变换单元交错并联的方式，有效减小电流纹波，使电流频率变为单路的四倍，对输出滤波电容的要求大大减小；同时本发明采用磁集成结构，在磁通解耦后，不影响变换器正常运行，同时减小了变换器的体积和重量，提高了变换器功率密度。

技术特征：

1.一种磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，其特征在于，包括：光伏电池板pv、输入滤波电容c、四路四开关升降压变换单元、四组高频电感、四组储能耦合电感、四组储能单元、输出滤波电容c0以及负载电阻r0；

2.根据权利要求1所述的磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，其特征在于，还包括：磁芯，所述磁芯为eie型；

3.根据权利要求2所述的磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，其特征在于，所述四组高频电感的匝数均相同，所述四组储能耦合电感的匝数也均相同。

4.根据权利要求2所述的磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，其特征在于，所述eie型磁芯的四路侧柱均开有相同气隙。

5.根据权利要求2所述的磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，其特征在于，所述磁芯、所述四组高频电感和所述四组储能耦合电感为集成结构。

6.根据权利要求1所述的磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，其特征在于，每路四开关升降压变换单元包括：开关器件q1/q2/q3/q4；

7.根据权利要求6所述的磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，其特征在于，所述储能单元包括：储能电容c’以及开关器件qx1/qx2；

8.根据权利要求6所述的磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，其特征在于，每路四开关升降压变换单元的开关器件q1的漏极与一组光伏电池板pv正极和输入滤波电容c正极相连接，所述输入滤波电容c负极与光伏电池板pv负极相连接。

9.根据权利要求1所述的磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，其特征在于，所述四路四开关升降压变换单元均采用平均电流控制的方法进行控制。

10.根据权利要求9所述的磁集成四路交错并联型光伏dc-dc变换/储能系统，其特征在于，所述四路四开关升降压变换单元相同位置开关器件导通相位相差90°，采用相同调制方式。

技术总结
本发明提供了一种磁集成四路交错并联型光伏DC‑DC变换/储能系统，该系统包括光伏电池板、输入滤波电容、四路四开关升降压变换单元、四组高频电感、四组储能耦合电感、四组储能单元、输出滤波电容以及负载电阻；四路四开关升降压变换单元的输入端连接光伏电池板和输入滤波电容，输出端连接输出滤波电容和负载电阻，四组高频电感和四组储能耦合电感通过磁耦合相连接。本发明通过四路相同结构的四开关升降压变换单元交错并联的方式，有效减小电流纹波，使电流频率变为单路的四倍，对输出滤波电感的要求大大减小；同时本发明采用磁集成结构，在磁通解耦后，不影响变换器正常运行，同时减小了变换器的体积和重量，提高了变换器功率密度。

技术研发人员：李建标,陈勇,陈建福,吴越,喻松涛,游雪峰,裴星宇,杨锐雄,程旭,吴宏远,李振聪,曹安瑛,李文晖,刘尧,刘仁亮,刘迪燊,杨凯帆,赵嘉,赖嘉源,夏子鹏
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27