一种单级式多路直流接入变换器及其控制方法与流程

本申请涉及电力电子，特别涉及一种单级式多路直流接入变换器及其控制方法。

背景技术：

1、光伏逆变器或微型逆变器，因其没有光伏组件串联的短板效应，且能够实现组件级的运行、维护及mppt(maximum power point tracking，最大功率点跟踪)，从而得到了广泛的关注。基本的结构为一个逆变器连接一个光伏组件，可以称该逆变器为一拖一逆变器；为了进一步节省连接件的使用，在一拖一逆变器的基础上，发展出了一拖多逆变器；考虑到成本以及实用性，以一拖二及一拖四最为常见，也即一个逆变器连接两个或四个光伏组件。

2、目前，常用的光伏逆变器或微型逆变器以两级结构为主，前级隔离型直流变换器实现mppt，以及母线升压，后一级通过逆变器并网。隔离型直流变换器及逆变电路之间通过母线电容相连。

3、一拖多逆变器延用一拖一逆变器的两级式结构，如图1所示，其前级隔离型直流变换器isolated dc/dc负责实现每个组件的mppt及升压后，共用一个逆变器inverter向电网输出能量。这种两级式结构的逆变器较容易控制，但两级结构造成传输效率的上限较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种单级式多路直流接入变换器及其控制方法，以实现多路直流接入的单级变换，提高效率。

2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、本申请第一方面提供了一种单级式多路直流接入变换器，包括：交流侧变换电路、至少两个直流侧变换电路及其相应的变压器；其中，

4、各所述直流侧变换电路的交流侧，分别连接各自相应的所述变压器的原边绕组；

5、各所述变压器的副边绕组，均并联连接至所述交流侧变换电路的第一侧；

6、各所述直流侧变换电路分别用于对自身接收的直流电进行逆变，或者，分别用于对自身接收的交流电进行整流；

7、所述交流侧变换电路用于进行交流电频率转换。

8、可选的，各副边绕组通过并联的公共连接点，连接所述交流侧变换电路的第一侧；且所述公共连接点并联前一侧的等效阻抗大于其并联后一侧的等效阻抗。

9、可选的，所述公共连接点并联前一侧的等效漏感大于其并联后一侧的等效漏感。

10、可选的，所述公共连接点并联前一侧的等效漏感来源于：各所述变压器的漏感，或者，各所述变压器的漏感及与其集成在一起的电感。

11、可选的，还包括：阻抗元件；

12、各所述直流侧变换电路的交流侧与其对应原边绕组之间，分别设置有相应的所述阻抗元件；和/或，

13、所述公共连接点与各副边绕组之间，分别设置有相应的所述阻抗元件。

14、可选的，所述阻抗元件，包括：电感，或者，电感与电容。

15、可选的，所述阻抗元件的阻抗值，与所述单级式多路直流接入变换器传输功率的效率和大小存在预设关系。

16、可选的，所述变压器为单相变压器或三相变压器。

17、可选的，所述三相变压器的各相原边绕组，其同名端分别用于连接对应所述直流侧变换电路的交流侧对应相，其另一端均连接参考地；

18、所述三相变压器的各相副边绕组，其两端分别连接所述交流侧变换电路的第一侧对应相，其中间抽头相连。

19、可选的，所述变压器为单相变压器时，所述直流侧变换电路为：半桥电路或全桥电路；

20、所述变压器为三相变压器时，所述直流侧变换电路为：三相桥电路。

21、可选的，所述交流侧变换电路，为：周波变换电路或者矩阵变换电路。

22、可选的，所述变压器为单相变压器时：

23、所述交流侧变换电路为半桥变换电路，其开关桥臂与电容桥臂并联连接于所述交流侧变换电路的第二侧两端之间；所述开关桥臂包括两个分别作为上下半桥臂的双向开关，所述电容桥臂包括两个串联连接且容量相同的电容模块；所述开关桥臂的中点和所述电容桥臂的中点，分别作为所述交流侧变换电路的第一侧两端；或者，

24、所述交流侧变换电路为全桥变换电路，其两个所述开关桥臂并联连接于所述交流侧变换电路的第二侧两端之间；两个所述开关桥臂的中点，分别作为所述交流侧变换电路的第一侧两端；又或者，

25、所述交流侧变换电路为三相桥变换电路，其三个所述开关桥臂并联连接于所述交流侧变换电路的第一侧两端之间；三个所述开关桥臂的中点，分别作为所述交流侧变换电路的第二侧各端。

26、可选的，所述变压器为三相变压器时，所述交流侧变换电路包括：三个变换电路；

27、各所述变换电路的两侧，分别作为所述交流侧变换电路的两侧对应相。

28、可选的，各所述变换电路中包括：整流桥和半桥电路；

29、所述整流桥的交流侧作为所述交流侧变换电路的第一侧对应相，所述整流桥的直流侧连接所述半桥电路的两端，所述半桥电路的中点作为所述交流侧变换电路的第二侧对应相。

30、可选的，还包括：设置于所述交流侧变换电路第二侧的交流侧滤波电路；和/或，

31、分别设置于各所述直流侧变换电路直流侧的各直流侧滤波电路。

32、本申请第二方面提供了一种单级式多路直流接入变换器的控制方法，应用于如上述第一方面任一种所述的单级式多路直流接入变换器，所述控制方法包括：

33、获取所述单级式多路直流接入变换器的两侧电参数，并确定所述单级式多路直流接入变换器需要的功率传输方向；

34、根据所述两侧电参数和所述功率传输方向，确定所述单级式多路直流接入变换器的开关频率及内外移相角；

35、根据所述开关频率及所述内外移相角，生成并输出对于所述单级式多路直流接入变换器各开关管的控制信号，实现对于所述单级式多路直流接入变换器的移相控制。

36、可选的，所述开关频率为：使所述单级式多路直流接入变换器中各变压器的原边阻抗呈感性的频率。

37、可选的，所述内外移相角包括：对于所述单级式多路直流接入变换器中各直流侧变换电路的内移相角和外移相角；

38、各所述外移相角，均为根据所述功率传输方向确定的；

39、各所述内移相角与各所述外移相角，分别相互独立。

40、本申请提供的单级式多路直流接入变换器，其各直流侧变换电路的交流侧分别连接其相应变压器的原边绕组，各变压器的副边绕组并联连接至交流侧变换电路的第一侧；由于各变压器的原边电气隔离且相互独立，各副边绕组并联处的电压被交流侧变换电路钳位，因此能够实现各直流侧变换电路之间的功率解耦，各直流侧变换电路可以实现独立的mppt控制，进而可以实现多路直流接入；而且，各直流侧变换电路分别用于实现交直流转换，各变压器原副边绕组的匝数比可以实现原副边电压的相应变比，该交流侧变换电路可以进行交流电频率转换，进而可以实现单级变换；因此，本单级式多路直流接入变换器能够在单级变换的形式下实现多路直流接入，进而提高了转换效率。

技术特征：

1.一种单级式多路直流接入变换器，其特征在于，包括：交流侧变换电路、至少两个直流侧变换电路及其相应的变压器；其中，

2.根据权利要求1所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，各副边绕组通过并联的公共连接点，连接所述交流侧变换电路的第一侧；且所述公共连接点并联前一侧的等效阻抗大于其并联后一侧的等效阻抗。

3.根据权利要求2所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，所述公共连接点并联前一侧的等效漏感大于其并联后一侧的等效漏感。

4.根据权利要求3所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，所述公共连接点并联前一侧的等效漏感来源于：各所述变压器的漏感，或者，各所述变压器的漏感及与其集成在一起的电感。

5.根据权利要求2所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，还包括：阻抗元件；

6.根据权利要求5所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，所述阻抗元件，包括：电感，或者，电感与电容。

7.根据权利要求5所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，所述阻抗元件的阻抗值，与所述单级式多路直流接入变换器传输功率的效率和大小存在预设关系。

8.根据权利要求1至6任一项所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，所述变压器为单相变压器或三相变压器。

9.根据权利要求8所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，所述三相变压器的各相原边绕组，其同名端分别用于连接对应所述直流侧变换电路的交流侧对应相，其另一端均连接参考地；

10.根据权利要求1至6任一项所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，所述变压器为单相变压器时，所述直流侧变换电路为：半桥电路或全桥电路；

11.根据权利要求1至6任一项所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，所述交流侧变换电路，为：周波变换电路或者矩阵变换电路。

12.根据权利要求11所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，所述变压器为单相变压器时：

13.根据权利要求11所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，所述变压器为三相变压器时，所述交流侧变换电路包括：三个变换电路；

14.根据权利要求13所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，各所述变换电路中包括：整流桥和半桥电路；

15.根据权利要求1至6任一项所述的单级式多路直流接入变换器，其特征在于，还包括：设置于所述交流侧变换电路第二侧的交流侧滤波电路；和/或，

16.一种单级式多路直流接入变换器的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至15任一项所述的单级式多路直流接入变换器，所述控制方法包括：

17.根据权利要求16所述的单级式多路直流接入变换器的控制方法，其特征在于，所述开关频率为：使所述单级式多路直流接入变换器中各变压器的原边阻抗呈感性的频率。

18.根据权利要求16或17所述的单级式多路直流接入变换器的控制方法，其特征在于，所述内外移相角包括：对于所述单级式多路直流接入变换器中各直流侧变换电路的内移相角和外移相角；

技术总结
本申请提供一种单级式多路直流接入变换器及其控制方法，其各直流侧变换电路的交流侧分别连接其变压器的原边绕组，各变压器的副边绕组并联连接至交流侧变换电路的第一侧；由于各变压器的原边电气隔离且相互独立，各副边绕组并联处的电压被交流侧变换电路钳位，因此各直流侧变换电路可以实现独立的MPPT控制，进而可以实现多路直流接入；而且，各直流侧变换电路分别用于实现交直流转换，各变压器原副边绕组的匝数比可以实现原副边电压的相应变比，该交流侧变换电路可以进行交流电频率转换，进而可以实现单级变换；因此，本申请能够在单级变换的形式下实现多路直流接入，进而提高了转换效率。

技术研发人员：张路,王昊,谷雨,赵林海,陈巧地
受保护的技术使用者：阳光电源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12