[發明專利]一種變結構雙輸入直流變換器

有效

• 申請號: 201310018844.4
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103051182A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 孫鵬菊;羅全明;周雒維;邾玢鑫
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02M3/10
• 分類號: H02M3/10
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發明涉及一種直流-直流變換器，具體說是一種變結構雙輸入直流變換器。

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背景技術

風光互補并網發電系統充分利用風能和太陽能的各自特點，相互配合，發揮出可再生能源的最大效用，具有重大的應用價值和前景。風光互補并網發電系統根據風力和太陽輻射變化的情況，可以在以下三種模式下運行：風力機組單獨供電；光伏發電系統單獨供電；風力機組和光伏發電系統聯合供電。傳統的風光互補并網發電系統中，為提高可再生能源的利用效率，風能和太陽能各需要一個直流變換器，將輸入源進行電能變換，再并聯在公共直流母線上，但存在電路結構及控制復雜、成本高等缺陷。為克服此缺陷，簡化電路結構，可用一個雙輸入直流變換器取代多個單輸入直流變換器。

但鑒于風力機組和光伏電池模塊的輸出電壓等級差異較大（風能經過變換后的直流電壓一般可控制在150V左右，光伏電池模塊的端電壓一般在33V-43V左右），為滿足380V并網母線電壓的要求，雙輸入直流變換器必須既具有對風能和太陽能聯合供電的調節能力，又具有對低電壓等級太陽能單獨供電時高增益調節的能力。所以研究實現既能多輸入工作又能單輸入高增益工作的多輸入直流變換器對風光互補并網發電系統的發展具有重要意義。

在現有技術中，多輸入直流變換器，在風能和太陽能聯合供電時，其輸入輸出電壓的調節關系相當于多個電壓源的串聯調制，比較容易滿足直流母線電壓的要求；但在每個輸入源單獨供電時，該類變換器的輸入輸出電壓的關系僅為常用的Buck、Boost、Buck-Boost等變換器的電壓傳輸比，在低電壓等級的太陽能模塊單獨供電時，占空比的調節可能超出極限值，器件的電壓電流應力必然會增大，嚴重損害系統的性能。因此，現有的多輸入直流變換器僅能實現風能和太陽能的聯合供電，不具備低電壓等級的太陽能模塊單獨供電時高增益調節的能力。

為提高電壓的調節增益，現有技術中有多種單輸入高增益直流變換器拓撲，如：級聯Boost變換器、耦合電感型高增益直流變換器、開關電容型高增益直流變換器、多繞組耦合的交錯并聯Boost變換器等，這些單輸入高增益直流變換器都能有效提高電壓增益，減小占空比的調節范圍，但僅能實現單輸入工作，不能對風能和太陽能聯合供電的情況進行調節。

綜上所述，在風光互補并網發電系統中，現有的多輸入直流變換器僅能保證風能和太陽能聯合供電時系統的高性能，并不能滿足太陽能單獨工作時高增益高效率的要求；而現有的單輸入高增益變換器僅能單輸入工作，不能對風能和太陽能互補工作的情況進行調節。

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發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明旨在提供一種用同一電路結構，依據工作條件的變化，既能實現多輸入聯合工作，又能實現單輸入高增益工作的變結構雙輸入直流變換器。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種變結構雙輸入直流變換器，其特征在于，包括兩個電感L1和L2，兩個高頻功率開關S1和S2，兩個高頻二極管D1和D2，升壓電容C1和輸出濾波電容Co；還包括低頻切換電路；

第一高頻功率開關S1，其具有源極、漏極和柵極，其漏極與第一電感L1的一端連接，連接節點記為節點c，其源極與變換器輸出端的負極相連，其柵極接控制器發出的控制信號G1；

第二高頻功率開關S2，其具有源極、漏極和柵極，其漏極與第二電感L2的一端連接，連接節點記為節點d，其源極與變換器輸出端的負極相連，其柵極接控制器發出的控制信號G2；

升壓電容C1的負極與節點d相連，正極與第二高頻二極D2的陽極相連，連接節點記為節點e，第二高頻二極D2的陰極與變換器輸出端的正極相連；第一高頻二極D1的陽極連接于節點c,陰極連接于節點e；輸出濾波電容Co連接于變換器輸出端的正極和負極之間；

風能發電機經整流后的輸出端和太陽能電池的負極均與變換器輸出端的負極相連接；

所述低頻切換電路由第一低頻切換開關Sa1、第二低頻切換開關Sa2和低頻旁路二極管Da構成；

所述第一低頻切換開關Sa1，其具有源極、漏極和柵極，其源極同時與低頻旁路二極管Da的陰極和第一電感L1的另一端相連，連接節點記為節點a，其漏極與風能發電機輸出端U1的正極相連，其柵極接控制器發出的控制信號Ga1；