[发明专利]基于多端口变换器的直流住宅用能量路由器及其控制方法

摘要

本发明公开了一种基于多端口变换器的直流住宅用能量路由器及其控制方法，其特征是：能量路由器由四个H桥模块、双向buck/boost变换器模块BB1和BB2、四个外部串联电感和一个高频四绕组变压器共同组成；通过脉冲宽度调制的方式获得用于控制变换器模块BB1与BB2中各全控功率器件通断的驱动信号；通过单移相调制的方式获得用于控制H桥模块中各全控功率器件通断的驱动信号。本发明同时集成光伏、储能、电网和具有不同电压等级的住宅负载，实现储能、电网的双向功率流动，实现最大化可再生能源利用、减少与电网间的功率交换、对储能的充放电、输入源使用优先级、各端口电压的控制以及系统内的功率平衡控制。

主权项

1.基于多端口变换器的直流住宅用能量路由器，其特征是：所述能量路由器具有六个双向端口，分别是第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口和第六端口；所述第一端口、第三端口和第五端口一一对应为光伏连接端口、电网连接端口和蓄电池连接端口；光伏电池板经Boost变换器后与第一端口相连，电网经三相桥后与第三端口相连，蓄电池直接与第五端口相连；第二端口、第四端口和第六端口一一对应为48V负载端口、380V负载端口和24V负载端口；第一端口与第五端口之间，以及第二端口与第六端口之间分别通过电耦合集成，第一端口、第二端口、第三端口和第四端口之间通过磁耦合集成；所述能量路由器由四个H桥模块、两个双向buck/boost变换器模块、四个外部串联电感和一个高频四绕组变压器共同组成；所述四个H桥模块分别为模块H1、模块H2、模块H3和模块H4，记为模块Hi，i＝1,2,3,4；所述两个双向buck/boost变换器模块分别为变换器模块BB1和变换器模块BB2；所述四个外部串联电感分别为电感L11、电感L22、电感L33和电感L44，记为电感Lii，i＝1,2,3,4；所述高频四绕组变压器中包含一个公共铁芯和四个绕组，所述四个绕组分别为绕组G1、绕组G2、绕组G3和绕组G4，记为绕组Gi，i＝1,2,3,4；所述模块Hi是由四个带有反并联二极管的全控功率器件Si1、Si2、Si3、Si4以及电容Ci共同组成；其中全控功率器件Si1的集电极、全控功率器件Si2的集电极以及电容Ci的一端共同连接到连接点Oi，全控功率器件Si3的发射极、全控功率器件Si4的发射极以及电容Ci的另一端共同连接到连接点Ni，全控功率器件Si1的发射极与全控功率器件Si3的集电极及电感Lii的一端共同连接，电感Lii的另一端与绕组Gi的一端相连，全控功率器件Si2的发射极与全控功率器件Si4的集电极及绕组Gi的另一端共同连接；所述变换器模块BB1是由带有反并联二极管的全控功率器件S51、S52、电容C5以及电感L5共同组成；其中全控功率器件S51的集电极连接到连接点O1，全控功率器件S51的发射极、全控功率器件S52的集电极及电感L5的一端共同连接，电感L5的另一端与电容C5的一端共同连接到连接点O5，全控功率器件S52的发射极与电容C5的另一端共同连接到连接点N1；所述变换器模块BB2是由带有反并联二极管的全控功率器件S61、S62、电容C6以及电感L6共同组成；其中全控功率器件S61的集电极连接到连接点O2，全控功率器件S61的发射极、全控功率器件S62的集电极及电感L6的一端共同连接，电感L6的另一端与电容C6的一端共同连接到连接点O6，全控功率器件S62的发射极与电容C6的另一端共同连接到连接点N2；所述第一端口的正极端与连接点O1相连，第一端口的负极端与连接点N1相连；所述第二端口的正极端连接点O2相连，第二端口的负极端与连接点N2相连；所述第三端口的正极端与连接点O3相连，第三端口的负极端与连接点N3相连；所述第四端口的正极端与连接点O4相连，第四端口的负极端与连接点N4相连；所述第五端口的正极端与连接点O5相连，第五端口的负极端与连接点N1相连；所述第六端口的正极端与连接点O6相连，第六端口的负极端与连接点N2相连；通过控制所述模块Hi中各全控功率器件的通断，能够同时控制第一端口输入功率大小、第二端口输出功率大小、第三端口输入或输出功率大小、第四端口输出功率大小，以及将第二端口和第四端口的端口电压分别稳定在48V和380V；控制所述变换器模块BB1中全控功率器件S51的占空比、并保持S52为关断，从而控制蓄电池的充电电流大小，以此控制蓄电池的充电功率大小；控制所述变换器模块BB1中全控功率器件S52的占空比、并保持S51为关断，从而控制蓄电池的放电电流大小，以此控制蓄电池的放电功率大小；控制所述变换器模块BB2中全控功率器件S61的占空比、并保持S62为关断，从而控制第六端口的输出功率大小，并将第六端口的端口电压稳定在24V。