[發明專利]一種具有較高升壓能力的三端口變換器及其控制方法

有效

• 申請號: 202110959103.0
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113595392B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 秦嶺;田民;張雷;王亞芳;錢天泓;饒家齊;許興;周磊;段冰瑩;劉宇涵
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/088;H02J7/35;G05F1/67
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本發明屬于變換器控制技術領域，公開了一種具有較高升壓能力的三端口變換器，該變換器包括兩個開關管、三個電容、兩個二極管和兩個電感。其具有較高的升壓能力，可以實現三個端口間功率流的靈活控制，且能夠實現所有開關管的零電壓開通，以及二極管D₁的自然關斷，所有功率管均承受較低的電壓應力，有效提高了離網型光伏發電系統的集成度及變換效率。本發明還公開了該變換器的控制方法，控制第一電感工作在電流雙向連續導通模式，采用變占空比實現光伏組件最大功率點跟蹤控制；控制第二電感工作在電流斷續模式，采用變頻控制實現負載恒壓控制。

技術領域

本發明屬于變換器控制技術領域，具體涉及一種具有較高升壓能力的三端口變換器及其控制方法。

背景技術

隨著能源危機與環境污染的日益加劇，光伏發電技術受到各國政府和企業的廣泛關注。由于太陽能具有波動性和隨機性，離網型光伏發電系統需要配備蓄電池來儲存和調節電能，保證向負載(如直流變換器、逆變器、直流微網等)連續穩定供電，且實現光伏電池的最大功率點跟蹤(Maximum Pawer Point Tracking,MPPT)控制和蓄電池的充放電控制。由于離網型光伏發電系統具有光伏、蓄電池和負載三個端口。故常采用三端口變換器作為主電路拓撲，以減少器件數量，降低成本。光伏電池輸出電壓較低，且波動范圍較大，三端口變換器需具備較高的電壓增益才能滿足負載側電壓要求。現有技術中具有高增益能力的三端口變換器普遍存在器件數量多、功率管電壓應力高、體積和重量大等缺點。如果基于現有技術，通過增加開關頻率來提高功率密度，開關損耗將是瓶頸。采用軟開關技術，可以減小或消除開關損耗，從而解除開關頻率的制約，而且可以解決寬禁帶型器件應用的開關震蕩和開關應力難題。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種具有較高升壓能力的三端口變換器及其控制方法，其具有較高的升壓能力，可以實現三個端口間功率流的靈活控制，且所有功率管管均承受較低的電壓應力，能夠實現所有開關管的零電壓開通(Zero Voltage Switching,ZVS)，以及二極管D₁的自然關斷，有效提高了離網型光伏發電系統的集成度及變換效率。

本發明提供了一種具有較高升壓能力的三端口變換器，所述三端口變換器的三個端口分別與光伏電池、蓄電池和負載連接，其特征在于，所述變換器包括：第一開關管、第二開關管、第一電容、第二電容、第三電容、第一二極管、第二二極管、第一電感和第二電感；所述蓄電池的正極與所述第一電感的第一端連接；所述第一電感的第二端與所述第一開關管的漏極、所述第二開關管的源極、所述第一電容的第二端連接；所述第二開關管的漏極與所述光伏電池的正極、所述第二電容的第一端、所述第二電感的第一端連接；所述第二電感的第二端與所述第一二極管的陽極連接；所述第一電容的第一端與所述第一二極管的陰極、所述第二二極管的陽極連接；所述第二二極管的陰極與所述第三電容的第一端、所述負載的正極連接；所述負載的負極與所述蓄電池的負極、所述第一開關管的源極、所述第二電容的第二端、所述光伏電池的負極、所述第三電容的第二端連接。

優選的，本發明提供的三端口變換器還包括控制電路，所述控制電路包括第一控制支路、第二控制支路、調制單元，且所述第一控制支路與所述第二控制支路連接到所述調制單元；所述第一控制支路用于獲取所述光伏電池的輸出電壓以及所述光伏電池的輸出電流，產生第一控制信號，以實現所述光伏電池的最大功率點跟蹤控制；所述第二控制支路用于獲取所述負載的端電壓，產生第二控制信號，以實現所述負載兩端的恒壓控制。

優選的，所述第一控制支路包括MPPT控制單元、第一加法器、第一控制器，所述第二控制支路包括第二加法器、第二控制器，所述調制單元包括壓頻轉換器和比較器。

本發明還提供了一種具有較高升壓能力的三端口變換器的控制方法，所述方法具體為：