適用于中高壓直流并網(wǎng)的級(jí)聯(lián)dc/dc變換器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種新型級(jí)聯(lián)DC/DC變換器，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于中高 壓直流并網(wǎng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電已經(jīng)得到比較廣泛的應(yīng)用，但基本都W交流并網(wǎng)形式為主。 不過(guò)，現(xiàn)在也有很多人在研究中高壓直流并網(wǎng)。無(wú)論是集中式光伏逆變器還是分布式光伏 逆變器，都有一個(gè)比較明顯的不足，即輸出電壓都較低，如果要將光伏發(fā)電接入直流配電 網(wǎng)，貝逆變器的輸出需要經(jīng)過(guò)隔離變壓器升壓，再經(jīng)過(guò)VSC(VC)Itage source converter)整 流后再并入直流配電網(wǎng)。如此一來(lái)，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備多，占地面積大，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，而且會(huì)導(dǎo) 致轉(zhuǎn)換效率偏低。常見(jiàn)的基于模塊化級(jí)聯(lián)的光伏發(fā)電直流并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，將光伏陣列的 輸出通過(guò)隔離式直流變換器接入半橋模塊，多個(gè)運(yùn)樣的子模塊輸出通過(guò)級(jí)聯(lián)形式連結(jié)，通 過(guò)調(diào)節(jié)投入的子模塊數(shù)量來(lái)獲得期望的直流電壓并接入直流配電網(wǎng)進(jìn)行電能輸送。通過(guò)運(yùn) 種結(jié)構(gòu)，不僅可W滿足相應(yīng)的電壓W及功率等級(jí)要求，而且從光伏電池輸出的直流電能只 需要經(jīng)過(guò)一級(jí)變換再經(jīng)串聯(lián)輸出即可并入直流配電網(wǎng)，省去中間的交流環(huán)節(jié)和升壓變壓 器，降低成本，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體效率，此外，采用模塊化設(shè)計(jì)，還可提高系統(tǒng)的冗余 性和可靠性。但上述隔離式直流變換器接入半橋模塊組成的結(jié)構(gòu)是兩級(jí)式的，系統(tǒng)集成度 還是不夠高，而且使用的器件數(shù)量也不是最少的，相應(yīng)地，工作也會(huì)因?yàn)槠骷?shù)量的多數(shù)而 產(chǎn)生更多的損耗，成本也相應(yīng)增加了，尤其是對(duì)于運(yùn)種有很多子模塊級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明針對(duì)中高壓直流并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并充分考慮成本、系統(tǒng)可 靠性和損耗等因素后，提出一種新型的級(jí)聯(lián)DC/DC變換器，單個(gè)子模塊是單級(jí)式的。
[0004] 技術(shù)方案:適用于中高壓直流并網(wǎng)的級(jí)聯(lián)DC/DC變換器，整體變換器由n個(gè)子模塊 組成，每個(gè)子模塊是單級(jí)式的；所述子模塊包括變壓器，變壓器原邊是由原邊濾波電容、原 邊漏感和第一至第四開(kāi)關(guān)管組成的全橋逆變電路;所述第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第=開(kāi)關(guān) 管和第四開(kāi)關(guān)管順向串聯(lián)，原邊濾波電容正極連接第一開(kāi)關(guān)管集電極或漏極，原邊濾波電 容負(fù)極連接第二開(kāi)關(guān)管發(fā)射極或源極，原邊漏感一端連接第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管的中間 節(jié)點(diǎn)、另一端連接至變壓器原邊繞組的上端口，變壓器原邊繞組的下端口連接至第=開(kāi)關(guān) 管和第四開(kāi)關(guān)管的中間節(jié)點(diǎn)；
[0005] 變壓器副邊包括第一至第S二極管、第五開(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、副邊濾波電容;所 述第二二極管負(fù)極連接第一二極管正極，第一二極管負(fù)極連接副邊濾波電容正極，副邊濾 波電容負(fù)極連接第二二極管正極;所述副邊濾波電容正極連接第六開(kāi)關(guān)管的集電極或漏 極，第六開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極或源極連接第=二極管負(fù)極，第=二極管正極連接第五開(kāi)關(guān)管的 集電極或漏極，第五開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極或源極連接副邊濾波電容負(fù)極;副邊繞組的上端口連 接第一二極管正極，下端口連接第=二極管正極;且第=二極管的正極和負(fù)極分別作為級(jí) 聯(lián)的輸入端和輸出端與上下相鄰的子模塊實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)。
[0006] 本發(fā)明還提供一種利用適用于中高壓直流并網(wǎng)的級(jí)聯(lián)DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)的控制方 法，具體方法如下：
[0007] (1)對(duì)于變壓器原邊的全橋逆變電路采用移相PWM控制進(jìn)行輸入功率的調(diào)節(jié)，控制 第一開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形超前于第四開(kāi)關(guān)管，第一開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形與第二開(kāi)關(guān)管互補(bǔ)，第 四開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形與第=開(kāi)關(guān)管互補(bǔ);且第四開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形導(dǎo)通起點(diǎn)不變，通過(guò)改 變第一開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)波形的導(dǎo)通起點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)移相；
[0008] (2)第五開(kāi)關(guān)管和第六開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形始終保持一致，頻率與全橋逆變電路的 開(kāi)關(guān)頻率一致，且導(dǎo)通起點(diǎn)與第四開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通起點(diǎn)一致;且第五開(kāi)關(guān)管和第六開(kāi)關(guān)管的導(dǎo) 通占空比小于等于0.5，即在第四開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，第五開(kāi)關(guān)管和第六開(kāi)關(guān)管已經(jīng)處于關(guān)斷狀 態(tài)；
[0009] (3)采集各子模塊的輸入電壓和輸入電流得到各子模塊的輸入功率Pk，則第k個(gè)子 n 模塊輸入功率所占比值為巧''If*，其中h為定常比例系數(shù)，h<0.5，k=l，…，n; 點(diǎn)二1
[0010] (4)將電容電壓參考值Vref與子模塊畐腳濾波電容Co端電壓Vk相減，所得差值進(jìn)行 PI調(diào)節(jié)并限幅后得到第五開(kāi)關(guān)管和第六開(kāi)關(guān)管的補(bǔ)償占空比Dk2,則第五開(kāi)關(guān)管和第六開(kāi)關(guān) 管的實(shí)際占空比為Dk日=Dk廣化2;
[0011] (5)各子模塊進(jìn)行移相，第k個(gè)子模塊的移相角度為^
[0012] 最終實(shí)現(xiàn)每個(gè)子模塊中的濾波電容Co兩端的電壓相等，也就是實(shí)現(xiàn)模塊間的均壓 并進(jìn)行直流并網(wǎng)。
[0013] 本發(fā)明還提供一種利用適用于中高壓直流并網(wǎng)的級(jí)聯(lián)DC/DC變換器的控制方法實(shí) 現(xiàn)的工作方法，其特征在于，包括十種工作模態(tài)，一個(gè)周期內(nèi)會(huì)出現(xiàn)所述十種工作模態(tài)中的 M種工作模態(tài)，M小于10;其中：Ql為第一開(kāi)關(guān)管，Q2為第二開(kāi)關(guān)管，Q3為第=開(kāi)關(guān)管，Q4為第 四開(kāi)關(guān)管，Q5為第五開(kāi)關(guān)管，Q6為第六開(kāi)關(guān)管，Cin為原邊濾波電容，L為原邊漏感，Co為副 邊濾波電容，Dl為第一二極管，D2為第二二極管，D3為第=二極管，ig為直流電網(wǎng)電流，is為 變壓器副邊電流，Vn為模塊輸出端口電壓，V。。為Co端電壓;所述十種工作模態(tài)如下：
[0014] 1)、當(dāng)Q1、Q4~Q6導(dǎo)通，Q2、Q3關(guān)斷，ig大于is時(shí)：輸入源、Ql和Q4、變壓器原邊及L形 成原邊回路;變壓器副邊、Dl、Co、Q5的反并聯(lián)二極管形成一個(gè)回路;Q5、Co、Q6形成一條支路 將Co串入到級(jí)聯(lián)支路進(jìn)行直流并網(wǎng)；流經(jīng)Co的電流從下至上，Vn = Vco;
[001引 2)、當(dāng)Q1、Q4~Q6導(dǎo)通，Q2、Q3關(guān)斷，ig小于is時(shí)：各部分形成的回路同1)所述;流經(jīng) Co的電流從上至下，Vn = Vco;
[0016] 3)、當(dāng)91、94導(dǎo)通，92、93、95、96關(guān)斷時(shí)：輸入源、91和94、變壓器原邊及1形成原邊 回路;變壓器副邊、Dl、Co、Q5的反并聯(lián)二極管形成副邊回路;D3將Co從級(jí)聯(lián)支路旁路掉，Vn =0;
[0017] 4)、當(dāng)Q2、Q4~Q6導(dǎo)通，Q1、Q3關(guān)斷，ig大于13，1電流降為0之前:變壓器原邊及1^、94、 Q2的反并聯(lián)二極管形成原邊回路;變壓器副邊、Dl、Co、Q5的反并聯(lián)二極管形成一個(gè)回路； Q5、Co、Q6形成一條支路將Co串入到級(jí)聯(lián)支路進(jìn)行直流并網(wǎng)；流經(jīng)Co的電流從下至上，Vn = Vco;
[001引5)、當(dāng)02、94~96導(dǎo)通，91、93關(guān)斷山小于13，1電流降為0之前：各部分形成的回路 同4)所述;流經(jīng)Co的電流從上至下，Vn = Vco ;
[0019] 6)、當(dāng)92、94導(dǎo)通，91、93、95、96關(guān)斷，1^電流降為0之前:變壓器原邊及1^、94、92的反 并聯(lián)二極管形成原邊回路;變壓器副邊、Dl、Co、Q5的反并聯(lián)二極管形成副邊回路;D3將Co旁 路，Vn=O;
[0020] 7)、當(dāng)92、94、95、96導(dǎo)通，91、92、93、94關(guān)斷，且1電流降為0時(shí)：變壓器停止工作， Q5、Co、Q6形成一條支路將Co串入到級(jí)聯(lián)支路進(jìn)行直流并網(wǎng)，Vn = Vcd ;
[0021] 8)、當(dāng)92、94導(dǎo)通，91、93、95、96關(guān)斷，且1電流降為0:變壓器停止工作，03將(：〇旁 路，Vn = O;
[0022] 9)、當(dāng)92、93導(dǎo)通，91、94、95、96關(guān)斷，且1電流從0重新開(kāi)始上升:輸入源、93、變壓 器原邊及L、Q2形成原邊回路;變壓器副邊、D3、Q6的反并聯(lián)二極管、Co、D2形成副邊回路;D3 將Co旁路，Vn=O;
[0023] 10)、當(dāng)91、93導(dǎo)通，92、94、95、96關(guān)斷，1^電流降為0之前:變壓器原邊及1^、93、91的 反并聯(lián)二極管形成原邊回路;變壓器副邊、D3、Q6的反并聯(lián)二極管、Co、D2形成副邊回路;D3 將Co旁路，Vn = Oc
[0024] 有益效果:相對(duì)于