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专利号: 2022109174431
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑,其特征在于:以高频变压器T保证各端口隔离,包括原边侧、光伏侧、燃料电池侧和蓄电池侧四个全桥结构,以及光伏电池、可逆固体氧化物电池、蓄电池和三组相互隔离的不同电压等级的直流母线Bus1、Bus2、Bus3与三组地GND1、GND2、GND3,所述的各端口结构均包含移相电感LS、LP、Lr、LB、四个功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4,反并联二极管D1、D2、D3、D4和端口电容CS、CP、Cr、CB;原边侧采用蓄电池复用结构,三组副边侧分别与一组电池模块和一条直流母线相连接,且光伏侧与光伏电池、Bus1连接,rSOC侧与rSOC、Bus2连接,蓄电池侧与蓄电池、Bus3连接,构成各自的部分功率变换结构,每个电池的输出级增加电流脉动平抑电感LPout、Lrout、LBout;

四端口全桥结构中,原边侧包括第一功率开关管Q1S、第二功率开关管Q2S、第三功率开关管Q3S、第四功率开关管Q4S、第一反并联二极管D1S、第二反并联二极管D2S、第三反并联二极管D3S、第四反并联二极管D4S、第一电容CS,所述高频变压器T包括第一绕组NS、第二绕组NP、第三绕组Nr、第四绕组NB;所述第一功率开关管Q1S的集电极与第三功率开关管Q3S的集电极、第一反并联二极管D1S及第三反并联二极管D3S的负极相连;所述第二功率开关管Q2S的发射极与第四功率开关管Q4S的发射极、第二反并联二极管D2S及第四反并联二极管D4S的正极相连;

所述第一功率开关管Q1S的发射极与第二功率开关管Q2S的集电极相连;所述第三功率开关管Q3S的发射极与第四功率开关管Q4S的集电极相连;所述第一电容CS的一端与第一功率开关管Q1S的集电极连接,所述第一电容CS的另一端与第二功率开关管Q2S的发射极连接;所述第一绕组NS的同名端先连接移相电感Ls,再连接到第一功率开关管Q1S的发射极与第二功率开关管Q2S的集电极的中点,所述第一绕组NS的异名端连接第三功率开关管Q3S的发射极与第四功率开关管Q4S的集电极中点;光伏侧、rSOC侧及蓄电池侧的硬件构成和连接结构与原边侧相同,各个端口的绕组通过高频变压器T进行隔离;

所述光伏侧、rSOC侧和蓄电池侧的端口输出侧的正极在分别连接移电流脉动平抑电感LPout、Lrout、LBout后与光伏电池、rSOC和蓄电池的负极连接,光伏电池、rSOC和蓄电池的正极再分别与直流母线Bus1、Bus2、Bus3的正极相连,光伏侧、rSOC侧和蓄电池侧的端口输出侧的负极分别与直流母线Bus1、Bus2、Bus3的负极相连,直流母线Bus1、Bus2、Bus3分别用三组不同的地GND1、GND2、GND3,共同构成各自的部分功率变换结构;所述原边侧的端口正极与蓄电池正极和直流母线Bus3正极相连,原边侧端口负极与蓄电池负极和电流脉动平抑电感LBout相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑,其特征在于:所述四端口结构在四有源桥变换器的基础上集成了各清洁能源:光伏、燃料电池和蓄电池,在各端口中通过各全桥结构与分布式能源构建部分功率变换结构,该结构实现了降低整体系统功率等级的功能,通过高频变压器结构实现各端口的电气隔离,通过移相电感LS、LP、Lr、LB保证各端口能够实现移相控制,共同保证能量的稳定与多向传输。

3.一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑的控制策略,其特征在于:根据权利要求1‑2任一项所述的一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑,提出对于光伏侧端口采用最大功率点电压确定与光伏侧端口电压控制确定其目标参考值,对于rSOC侧采用rSOC电流控制确定其目标参考值,对于蓄电池侧采用端口电压控制确定其目标参考值,通过PI调节器处理各采样值与目标参考值获得桥间移向占空比,再经过限幅模块得到控制信号并传至单移相控制模块,形成驱动信号至目标开关管。

4.根据权利要求3所述的一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑的控制策略,其特征在于:通过将双有源桥全桥变换器推导而得的循环平均功率方程拓展到四有源桥变换器中,将四端口整体拓扑的分析与功率控制分解成三组双有源桥变换器,分别采取三组桥间移向控制对各副边端口进行控制,实现整体系统稳定运行。

5.根据权利要求3所述的一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑的控制策略,其特征在于:所述各端口的控制具体步骤如下:

1)对于蓄电池源级复用的原边侧和蓄电池侧,控制的是蓄电池侧端口电压恒定;当蓄电池放电情况下,通过Bus3母线与蓄电池输出电压的电位差作为蓄电池侧端口电压的参考值用以输入控制模块,再通过PI调节器和SPS控制输出驱动信号至原边侧及蓄电池侧的所有开关管中,构建蓄电池侧端口功率变换结构,恒定该端口电压至该参考值;

2)对于光伏侧端口,确定了光伏电池型号及其各项参数,根据光伏侧的部分功率变换结构,首先对光伏电池的输出电压UPV和电流IPV进行监测,通过最大功率追踪技术获得光伏电池最大功率点处电压Um;后进行光伏侧端口电压的控制,将Bus1母线电压与光伏电池Um的电位差作为光伏侧端口电压的参考值,通过PI调节器和SPS控制输出驱动信号至光伏侧开关管,将光伏侧端口电压恒定至该参考值,让光伏电池阵列工作在最大功率点处,以最大功率向Bus1母线传输功率,提升该端口能量传输的效率;驱动信号给至光伏侧开关管即可实现本端口的控制目标;

3)rSOC侧端口控制的是rSOC的充放电状态和电池电流IrSOC,在确定了rSOC充放电工作状态后即可给定合适的rSOC电流参考值,再通过PI调节器和SPS控制来实现IrSOC恒定至该参考值,建立起本端口部分功率变换结构,让rSOC的稳定运行;驱动信号给至rSOC侧开关管即可实现本端口的控制目标。