[發明專利]帶有低損耗LC-PBU的IIOS變換器

有效

• 申請號: 202011380648.8
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112564080B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 劉飛;莊一展;劉舟揚;彭珉軒;黃艷輝;查曉明
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02M3/335
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 鄭勤振

公開了一種帶有低損耗LC?PBU的IIOS變換器，包括多個隔離型光伏子模塊(SM)，光伏子模塊包括光伏電池板和DC/DC變換器。變換器的原邊采用全橋電路，副邊采用半橋電路，通過控制全橋電路與半橋電路之間的移相角可以實現光伏子模塊獨立的MPPT控制。為了解決功率失配問題，每兩個相鄰光伏子模塊之間連接了功率均衡單元(PBU)，當光伏子模塊輸出功率發生不均衡時，通過控制相鄰半橋間移相角來實現相鄰光伏子模塊的功率傳輸，以平衡各隔離型光伏子模塊輸出側的電壓，從而保持各子模塊正常工作。同時該變換器所有開關均能實現軟開關，減少了開關損耗。由于器件復用，半橋電路既參與MPPT控制，又參與功率均衡控制，減少了開關管等器件的投入，簡化了拓撲結構，降低了成本。

技術領域

本發明涉及光伏多端口直流變換器技術領域，特別涉及一種光伏電池功率不均的光伏多端口直流并網系統。

背景技術

相比交流分布式系統，直流分布式系統的損耗更小，穩定性更好。MVDC接入分布式光伏系統成為新能源領域研究的熱點之一。在這個系統中，光伏電池板絕緣電壓一般不超過1kV，而中壓母線電壓等級要高很多。因此光伏DC-DC變換器除了要實現每個光伏陣列的獨立MPPT控制外，還需要實現高升壓比。級聯多個隔離型的子模塊是實現高升壓比一個很好的選擇。合適的拓撲類型包括IPOS型和IIOS型。IPOS拓撲需要借助低壓母線和額外的變換器來實現獨立的MPPT控制。而IIOS拓撲中，每個子模塊都連接一個光伏陣列，模塊自身可以獨立實現MPPT。從成本和效率方面來看，IIOS更有優勢。

然而，IIOS面臨的挑戰是光伏功率失配引起的子模塊電壓不均問題。分布式光伏系統中，光伏陣列常因為不同的陰影遮擋或者粉塵積累等原因而出現功率失配的現象。由于每個子模塊的輸出端是串聯的，它們的電流相同，他們電壓卻因為輸入側功率失配而不均等，這不利于模塊化設計。

傳統的IIOS系統的子模塊只有一個控制自由度，且被MPPT控制所占用。因此，類似MMC中的排序均壓或者IPOS系統里的雙電壓(母線電壓和子模塊電壓)調節的方法無法直接應用于IIOS系統中。增加額外的均壓電路來增加控制IIOS系統的自由度是一種可行的方案。均壓電路的研究一直是電池放電領域的熱點，包括了串到單元的均衡和單元到單元的均衡。前者用的電路通常需要開關能耐受系統電壓，比較適合低壓場合。后者利用雙向DC-DC變換器均衡相鄰電池單元的電壓，對開關的耐壓要求不高。另外，也有文獻對IIOS拓撲的電壓均衡做出了研究。但對于目前的研究拓撲中，有為均壓而引出額外的低壓母線，有為擺脫低壓母線的引入選擇系統成本和開關損耗大的含有源開關的功率均衡單元。因此需要更加優化的IIOS變換器系統的提出。

發明內容

本發明提供一種帶有低損耗LC-PBU的IIOS變換器，包括多個隔離型光伏子模塊。光伏子模塊包括光伏電池板和DC/DC變換器,變換器的原邊采用全橋電路，副邊采用半橋電路，通過控制全橋電路與半橋電路之間的移相角可以實現光伏子模塊獨立的MPPT控制。為了解決功率失配問題，每兩個相鄰光伏子模塊之間連接了功率均衡單元，當光伏子模塊輸出功率發生不均衡時，通過控制相鄰半橋間移相角來實現相鄰光伏子模塊的功率傳輸，以平衡各隔離型光伏子模塊輸出側的電壓，從而保持各子模塊正常工作。同時該變換器所有開關均能實現軟開關，減少了開關損耗。由于器件復用，半橋電路既參與MPPT控制，又參與功率均衡控制，減少了開關管等器件的投入，簡化了拓撲結構，降低了成本。

根據本發明實施例的一方面，提供一種IIOS變換器，包括：