【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电子电路技术，特别涉及一种高增益差分直流电能路由器及其控制方法。
技术介绍
1、分布式综合能源系统(dies)可以通过特定的拓扑网络和终端电力设备，为发电、储能和用电提供有效可靠的接口。随着全球能源互联网系统概念的提出，各种类型、形式和规模的dies正在迅速发展。由于太阳能和风能等可再生能源的使用，电网受到潮流变化、电压、频率波动的影响，因此具有潮流管理和电能质量控制功能的直流型能量路由器(dc-er)正成为现代dies的关键设备。现有的直流型能量路由器以增加变换器级数的方式增加功率端口，随着分布式电源设备的不断增多，直流型能量路由器的硬件成本将显著增加，即现有dc-er的经济性较差。不仅如此，现有直流型能量路由器也因功率变换级增多而导致整体运行效率低。
技术实现思路
1、针对直流型能量路由器经济性差、运行效率低问题，提出了一种高增益差分直流电能路由器及其控制方法。
2、本专利技术的技术方案为：一种高增益差分直流电能路由器，包括3个谐振变换器、光伏模块、负载、直流电网；第一谐振变换器和第三谐振变换器通过差分连接形成负载供电端口，第二谐振变换器输出端接电池，第三谐振变换器输出端接直流电网；第一谐振变换器和第三谐振变换器由单向dc-dc变换电路构成，第二谐振变换器由双向dc-dc变换电路构成，集成了电池储能、光伏发电、直流电能输出、直流并网等功能。
3、优选的，所述第一谐振变换器包括输入侧电容cin1、谐振电感lr1、串联谐振电容cr1、并联谐
4、优选的，所述第二谐振变换器包括输入侧电容cin2、谐振电感lr2、串联谐振电容cr2、并联谐振电感lm2、开关管q2_1～q2_4、开关管q2_5～q2_8、输出电容co2、变压器tr2；其中，光伏模块输出直流电经过并联输入侧电容cin2接由开关管q2_1～q2_4构成高频逆变电路，将输入直流电压转换为高频交流电压，高频逆变电路输出再经过谐振电感lr2—1、串联谐振电容cr2-1和并联谐振电感lm2构成的谐振腔连接到变压器tr2原边，变压器tr2副边通过谐振电感lr2-2、串联谐振电容cr2-2后接由开关管q2_5～q2_8所构成的整流桥的交流侧，谐振腔用于实现软开关，开关管q2_5～q2_8所构成的整流桥将高频交流电压整流成直流输出电压，直流输出并联输出电容co2。
5、优选的，所述第三谐振变换器包括输入侧电容cin3、谐振电感lr3、串联谐振电容cr3、并联谐振电容cp3、开关管q3_1～q3_4、二极管d3_1～d3_4、输出电容co3、变压器tr3、抗环流二极管d3_5；其中，光伏模块输出直流电经过并联输入侧电容cin3接由开关管q3_1～q3_4构成高频逆变电路，将输入直流电压转换为高频交流电压，高频逆变电路输出再经过谐振电感lr3、串联谐振电容cr3和并联谐振电容cp3构成的谐振腔连接到变压器tr3原边，变压器tr3副边接由二极管d3_1～d3_4所构成的整流桥的交流侧，谐振腔用于实现软开关，二极管d3_1～d3_4所构成的整流桥将高频交流电压整流成直流输出电压，直流输出并联输出电容co3；抗环流二极管d3_5正极接直流输入电压负端，抗环流二极管d1_5连接直流输入电压负端和直流输出电压负端之间，形成等电位点与阻碍环流。
6、一种高增益差分直流电能路由器控制方法，所述控制器实时采集直流电网侧电压vdc、直流电网侧输入输出电流ig、光伏模块输入电流ipv、负载端电压vo以及3个谐振变换器输入侧电感电流，控制器依据光伏发电功率ppv、蓄电池功率pb、直流负载功率pl、直流电网功率pg等参数状态分为四个功率控制模式，进行能源分配流向控制。
7、进一步，所述四个功率控制模式中功率关系如下：
8、光伏发电功率ppv控制模式中，功率关系满足公式：
9、pl<ppvmax-pchref-pgmax，其中ppvmax是光伏模块的最大输出功率，pchref是蓄电池充电功率的参考值，pgmax是可以反馈到直流电网的最大功率；
10、蓄电池功率pb控制模式中，功率关系满足公式：
11、其中pgdmax是蓄电池可以从直流电网吸收的最大功率；
12、直流负载功率pl控制模式中，功率关系满足公式：
13、(ppvmax<pl)&&[(ppvmax+pgdmax)>pl]；
14、直流电网功率pg控制模式中，功率关系满足公式：
15、pl>ppvmax+pgdmax。
16、进一步，所述在光伏发电功率ppv控制模式中，光伏电流参考值ipvref的计算方法如下：
17、如果蓄电池功率pb小于蓄电池充电功率的参考值pchref，则逻辑变量逻辑等于0，此时δimpp＝0，并启用最大功率点跟踪mppt计算ipvref；
18、如果pb≥pchref，则逻辑变量逻辑等于1，并关闭最大功率点跟踪mppt，蓄电池功率pb和蓄电池充电功率的参考值pchref差值送入pi控制器，pi控制器输出δimpp，用于调节最大功率点电流参考值，impp是光伏模块关闭最大功率点跟踪前寄存的参考电流值，ipvref的计算公式如下：
19、ipvref＝impp-δimpp。
20、进一步，所述控制器采用pi控制器，pi控制器调节直流电网功率参考值pgref和直流电网功率实际测量值pg之间的误差，pi控制器的输出直流电网电流增量δigref，常量电流值i减去电网电流增量值δigref作为直流电网参考值igref；常量电流值i大小为直流电网功率值大小为pgmax时对应的电流值。
21、进一步，所述直流电网侧电压vdc作为负反馈与直流电网电压参考值vdcref叠加送入第三pi控制器gv3(s)，将第三pi环节输出的值作为第三个谐振变换器的占空比d3；
22、将采样得到的ipv作为负反馈值与ipvref叠加送入pi控制器gi2(s)，将第二pi控制器输出值作为第二个谐振变换器的占空比d2；
23、将采样得到的vo作为负反馈与负载端电压参考值vore本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高增益差分直流电能路由器，其特征在于，包括3个谐振变换器、光伏模块、负载、直流电网；第一谐振变换器和第三谐振变换器通过差分连接形成负载供电端口，第二谐振变换器输出端接电池，第三谐振变换器输出端接直流电网；第一谐振变换器和第三谐振变换器由单向DC-DC变换电路构成，第二谐振变换器由双向DC-DC变换电路构成，集成了电池储能、光伏发电、直流电能输出、直流并网等功能。
2.根据权利要求1所述高增益差分直流电能路由器，其特征在于，所述第一谐振变换器包括输入侧电容Cin1、谐振电感Lr1、串联谐振电容Cr1、并联谐振电容Cp1、开关管Q1_1～Q1_4、二极管D1_1～D1_4、输出电容Co1、变压器TR1、抗环流二极管D1_5；其中，光伏模块输出直流电经过并联输入侧电容Cin1接由开关管Q1_1～Q1_4构成高频逆变电路，将输入直流电压转换为高频交流电压，高频逆变电路输出再经过谐振电感Lr1、串联谐振电容Cr1和并联谐振电容Cp1构成的谐振腔连接到变压器TR1原边，变压器TR1副边接由二极管D1_1～D1_4所构成的整流桥的交流侧，谐振腔用于实现软开关，二极管D1_1
3.根据权利要求1所述高增益差分直流电能路由器，其特征在于，所述第二谐振变换器包括输入侧电容Cin2、谐振电感Lr2、串联谐振电容Cr2、并联谐振电感Lm2、开关管Q2_1～Q2_4、开关管Q2_5～Q2_8、输出电容Co2、变压器TR2；其中，光伏模块输出直流电经过并联输入侧电容Cin2接由开关管Q2_1～Q2_4构成高频逆变电路，将输入直流电压转换为高频交流电压，高频逆变电路输出再经过谐振电感Lr2—1、串联谐振电容Cr2-1和并联谐振电感Lm2构成的谐振腔连接到变压器TR2原边，变压器TR2副边通过谐振电感Lr2-2、串联谐振电容Cr2-2后接由开关管Q2_5～Q2_8所构成的整流桥的交流侧，谐振腔用于实现软开关，开关管Q2_5～Q2_8所构成的整流桥将高频交流电压整流成直流输出电压，直流输出并联输出电容Co2。
4.根据权利要求1所述高增益差分直流电能路由器，其特征在于，所述第三谐振变换器包括输入侧电容Cin3、谐振电感Lr3、串联谐振电容Cr3、并联谐振电容Cp3、开关管Q3_1～Q3_4、二极管D3_1～D3_4、输出电容Co3、变压器TR3、抗环流二极管D3_5；其中，光伏模块输出直流电经过并联输入侧电容Cin3接由开关管Q3_1～Q3_4构成高频逆变电路，将输入直流电压转换为高频交流电压，高频逆变电路输出再经过谐振电感Lr3、串联谐振电容Cr3和并联谐振电容Cp3构成的谐振腔连接到变压器TR3原边，变压器TR3副边接由二极管D3_1～D3_4所构成的整流桥的交流侧，谐振腔用于实现软开关，二极管D3_1～D3_4所构成的整流桥将高频交流电压整流成直流输出电压，直流输出并联输出电容Co3；抗环流二极管D3_5正极接直流输入电压负端，抗环流二极管D1_5连接直流输入电压负端和直流输出电压负端之间，形成等电位点与阻碍环流。
5.一种高增益差分直流电能路由器控制方法，其特征在于，所述控制器实时采集直流电网侧电压Vdc、直流电网侧输入输出电流ig、光伏模块输入电流ipv、负载端电压Vo以及3个谐振变换器输入侧电感电流，控制器依据光伏发电功率Ppv、蓄电池功率Pb、直流负载功率PL、直流电网功率Pg等参数状态分为四个功率控制模式，进行能源分配流向控制。
6.根据权利要求5所述高增益差分直流电能路由器控制方法，其特征在于，所述四个功率控制模式中功率关系如下：
7.根据权利要求6所述高增益差分直流电能路由器控制方法，其特征在于，所述在光伏发电功率Ppv控制模式中，光伏电流参考值ipvref的计算方法如下：
8.根据权利要求5、6或7所述高增益差分直流电能路由器控制方法，其特征在于，所述控制器采用PI控制器，PI控制器调节直流电网功率参考值Pgref和直流电网功率实际测量值Pg之间的误差，PI控制器的输出直流电网电流增量Δigref，常量电流值I减去电网电流增量值Δigref作为直流电网参考值igref；常量电流值I大小为直流电网功率值大小为Pgmax时对应的电流值。
9.根据权利要求8所述高增益差分直流电能路由器控制方法，其特征在于，所述直流电网侧电压Vdc作为负反馈与直流电网电压参考值Vdcref叠加送入第三PI控制器Gv3(s)，将第三PI环节输...
【技术特征摘要】
1.一种高增益差分直流电能路由器，其特征在于，包括3个谐振变换器、光伏模块、负载、直流电网；第一谐振变换器和第三谐振变换器通过差分连接形成负载供电端口，第二谐振变换器输出端接电池，第三谐振变换器输出端接直流电网；第一谐振变换器和第三谐振变换器由单向dc-dc变换电路构成，第二谐振变换器由双向dc-dc变换电路构成，集成了电池储能、光伏发电、直流电能输出、直流并网等功能。
2.根据权利要求1所述高增益差分直流电能路由器，其特征在于，所述第一谐振变换器包括输入侧电容cin1、谐振电感lr1、串联谐振电容cr1、并联谐振电容cp1、开关管q1_1～q1_4、二极管d1_1～d1_4、输出电容co1、变压器tr1、抗环流二极管d1_5；其中，光伏模块输出直流电经过并联输入侧电容cin1接由开关管q1_1～q1_4构成高频逆变电路，将输入直流电压转换为高频交流电压，高频逆变电路输出再经过谐振电感lr1、串联谐振电容cr1和并联谐振电容cp1构成的谐振腔连接到变压器tr1原边，变压器tr1副边接由二极管d1_1～d1_4所构成的整流桥的交流侧，谐振腔用于实现软开关，二极管d1_1～d1_4所构成的整流桥将高频交流电压整流成直流输出电压，直流输出并联输出电容co1；抗环流二极管d1_5正极接直流输出电压负端，抗环流二极管d1_5连接直流输入电压负端和直流输出电压负端之间，形成等电位点与阻碍环流。
3.根据权利要求1所述高增益差分直流电能路由器，其特征在于，所述第二谐振变换器包括输入侧电容cin2、谐振电感lr2、串联谐振电容cr2、并联谐振电感lm2、开关管q2_1～q2_4、开关管q2_5～q2_8、输出电容co2、变压器tr2；其中，光伏模块输出直流电经过并联输入侧电容cin2接由开关管q2_1～q2_4构成高频逆变电路，将输入直流电压转换为高频交流电压，高频逆变电路输出再经过谐振电感lr2—1、串联谐振电容cr2-1和并联谐振电感lm2构成的谐振腔连接到变压器tr2原边，变压器tr2副边通过谐振电感lr2-2、串联谐振电容cr2-2后接由开关管q2_5～q2_8所构成的整流桥的交流侧，谐振腔用于实现软开关，开关管q2_5～q2_8所构成的整流桥将高频交流电压整流成直流输出电压，直流输出并联输出电容co2。
4.根据权利要求1所述高增益差分直流电能路由器，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：白峻汀，何必，王云鹏，孙莉，段续皇，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇四研究所，
类型：发明
国别省市：
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