[发明专利]一种基于拓扑集成的多端口变换器、控制方法及系统

说明书

本发明公开一种基于拓扑集成的多端口变换器、控制方法及系统，涉及电力电子技术领域。多端口变换器包括：与电网相连接的第一双向全桥电路；与隔离型三端口变换器相连接，并与第一双向全桥电路共用两个开关器件的第二双向全桥电路；与输出负载相连接，并通过第一高频变压器与第二双向全桥电路相连的不控整流全桥电路；与蓄电池相连接，并通过第二高频变压器与第二双向全桥电路相连的第三双向全桥电路；与光伏电池和直流母线电容相连接的第一boost电路；与有源功率解耦电容相连，并与第一boost电路共用一个开关器件的第二boost电路。通过拓扑集成的方法，开关器件数量可以得到减小，因此本发明可以降低多端口变换器的硬件成本，减小体积重量，提高集成性能。

技术领域

本发明属于电力电子领域，更具体地，涉及一种基于拓扑集成的多端口变换器、控制方法及系统。

背景技术

自第一次工业革命后，人类社会对能源的需求越来越大，大量的传统能源，如煤炭、天然气和石油等被开采和使用，由此引发了石油危机、全球变暖等社会性问题。社会各界开始意识到对能源的不合理运用会对人类社会带来巨大伤害，为了社会的可持续发展，可再生能源的开发和利用具有非常重要的意义。

可再生能源包括太阳能、风能、水能等。以太阳能为例，太阳能发电的原理是应用半导体的“光生伏特”效应，产生光电压，将太阳光转化成电流输出(《家用小型单相光伏逆变器的研制》，邓佳钧，大连理工大学，2014)。光伏发电技术由此具有清洁安全、设备轻小、安装便捷等特点，被广泛应用在直流微网系统、家用光伏发电系统等方面。

然而在现有交流配电系统的住宅中，若需接入光伏发电系统等新能源微网系统时，需要通过多个交直流变换器才能达到目的。使用多端口变换器可以有效减小家用发电系统的体积重量，提高系统的功率集成度。但是，目前的多端口变换器仍存在开关器件过多、控制方法复杂等问题。所以，如何进一步减小多端口变换器所需的开关器件数量，如何设计更加简单便捷的控制系统，是本领域研究人员亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明提供了一种基于拓扑集成的多端口变换器、控制方法及系统，其目的在于进一步减小多端口变换器所需的开关器件数量，进一步简化多端口变换器的控制系统。

本发明一方面提供了一种基于拓扑集成的多端口变换器，包括：

与电网相连接的第一双向全桥电路；

与隔离型三端口变换器相连接，并与第一双向全桥电路共用两个开关器件的第二双向全桥电路；

与输出负载相连接，并通过第一高频变压器与第二双向全桥电路相连的不控整流全桥电路；

与蓄电池相连接，并通过第二高频变压器与第二双向全桥电路相连的第三双向全桥电路；

与光伏电池和直流母线电容相连接的第一boost电路；

与有源功率解耦电容相连，并与第一boost电路共用一个开关器件的第二boost电路。

优选地，第一双向全桥电路包括：第一开关管S₁、第二开关管S₂、第四开关管S₄、第五开关管S₅、第一并网电感L_g1、第二并网电感L_g2以及电网接口；

其中所述第一开关管S₁的漏极与所述第二开关管S₂的源极相连；所述第四开关管S₄的漏极与所述第五开关管S₅的源极相连；所述第一开关管S₁的源极与所述第四开关管S₄的源极相连；所述第一并网电感L_g1的两端分别与所述第五开关管S₅的源极和电网接口的火线相连；所述第二并网电感L_g2同时与所述第二开关管S₂的源极和电网接口的零线相连。