[发明专利]一种变结构多输入高增益直流变换器

说明书

技术领域

本发明涉及可再生能源联合并网发电领域。

背景技术

由于世界能源形势的日益紧张，以及环境污染严重、全球变暖等原因，可再生能源的开发和利用越来越受到人们的重视。随着以可再生能源为代表的微型能源发电技术、分布式发电技术以及储能技术的飞速发展，混合能源系统正在逐渐成为研究的热点。目前，应用较多的可再生能源发电主要有光伏发电、风力发电、水力发电、地热发电等，但均存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等缺点，因此需要采用多种可再生能源联合供电的分布式并网发电系统。

在传统的可再生能源联合发电系统中，每种能源形式均需要一个DC/DC变换器，将各能源变换成直流电压输出，并联在公共的直流母线上，供给直流负载，然而存在变换器电路结构复杂、成本较高等缺点。为了简化电路结构、降低系统成本，采用一个多输入直流变换器（Multi-input DC/DC converter,MIC）代替多个单输入直流变换器已成为一种必然的发展趋势。MIC允许多种能源输入，输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大，多输入源可以分别或同时向负载供电，因此提高了系统的稳定性和灵活性，实现能源的优先利用，并且降低了系统成本。

值得注意的是，在多种可再生能源联合供电的分布式发电系统中，直流输入源的电压等级各不相同。其中，经过合理的设计，风能经过变换后的直流电压较高，一般可控制在150V以上；而受限于各个光伏电池板之间的相互影响，光伏电池板不能串联过多，否则整个模块的性能会大大降低，这间接导致了光伏电池板模组的端电压相对过低，一般在33V～43V。为满足220V单相或380V三相并网电压的要求，可再生能源联合并网发电系统中的直流母线电压一般在380V或760V以上，这就使得MIC电路必须兼具较大的升压能力（即高增益），才能够实现对多种不同电压等级的输入源进行调节控制，达到满足并网发电的要求。因此，研究一种多输入高增益直流变换器，是构建可再生能源联合并网发电系统的基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能实现多种可再生能源的联合发电，又能实现电压等级较低的太阳能单独发电时的高增益，同时又不增加系统的成本和复杂度，为可再生能源联合发电系统提供一种研究思路。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种变结构多输入高增益直流变换器，包括n个开关电容单元，n为大于1的自然数。

第j个开关电容单元包括二极管D_j1、二极管D_j2、电容C_j1和电容C_j2，其中，j＝1、2……n。二极管D_j1的阴极与电容C_j2的正极连接，电容C_j2的负极与二极管D_j2的阴极连接，二极管D_j1的阳极连接电容C_j1的正极，电容C_j1的负极与二极管D_j1的阳极连接。电容C_j1的正极与二极管D_j2阴极之间连接有源开关管S_j。所述有源开关管S_j的两端连接供电单元。

第1个开关电容单元中的二极管D₁₁的阴极与二极管D₀的阳极连接。所述二极管D₀的阴极串联电容C₀后，与第n个开关电容单元中的二极管D_n2的阳极连接。

第k个开关电容单元中的二极管D_k2的阳极连接低频开关Q_tongk的一端，所述低频开关Q_tongk的另一端连接第k＋1个开关电容单元中的二极管D_(k+1)1的阴极。第k个开关电容单元中的二极管D_k2的阳极连接低频开关Q_{fen（2k－1）}的一端，所述低频开关Q_{fen（2k－1）}的另一端连接第k＋1个开关电容单元中的二极管D_(k+1)1的阳极。第k个开关电容单元中的二极管D_k2的阴极连接低频开关Q_fen（2k）的一端，所述低频开关Q_fen（2k）的另一端连接第k＋1个开关电容单元中的二极管D_(k+1)1的阴极。其中，k＝1、2……（n－1）。