【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多端口dc-ac变换器，具体地，涉及一种多端口dc-ac变换器及其功率解耦方法和优化调制方法。
技术介绍
1、多端口dc-ac变换器一般是指将几个变换器共用电感、电容、变压器等缓冲单元后集成起来的一种单级dc-ac变换器，具备多输入、多输出、能量双向流动的优点。与多个单输入dc-ac变换器相比，因为其元器件的共用所以拥有较高的功率密度和较小的体积等优势，因此多端口dc-ac变换器成为了主流趋势，适用于高功率密度的应用场合。
2、多端口变换器的调制策略主要有pwm控制、移相控制和pwm+移相控制三种，其中，pwm控制一般用于通过变压器磁耦合的正激型双输入变换器或者电感磁耦合的buck-boost型变换器，通过调节开关管的占空比来控制输出电压和各端口的输出功率；移相控制中所有开关管驱动信号的占空比恒定为50％，但通过移相的方式可以改变驱动信号的相位，使得变压器原副边的电压出现一个等效移相角，再控制这个等效移相角的大小和正负来控制传输功率的大小和方向；pwm+移相控制就是在传统的移相控制的基础上加入占空比控制。
3、现有的多端口dc-ac变换器不同端口的参数耦合较为复杂，忽略不同端口间的耦合关系仅仅控制单个端口参数的相互关系，不同端口的控制输出会交互影响，降低多端口变换系统的动态性能以及系统的控制速度和精度等。因此需要对适用于多端口dc-ac变换器的控制方案进行研究。
4、目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
技术实现
1、本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种多端口dc-ac变换器功率解耦方法以及优化调制方法。
2、根据本专利技术的一个方面，提供了一种多端口dc-ac变换器，包括：所述多端口dc-ac变换器包括n个直流端口、一个交流端口、一个多绕组高频变压器和n+1个变换支路；其中，每一个所述直流端口均连接直流源或直流负载，所述交流端口连接电网或交流负载；所述多绕组高频变压器的绕组数量为n+1；所述n+1个变换支路包括n个dc-ac变换器支路和1个ac-ac矩阵变换器支路，所述n个dc-ac变换器支路的交流端和所述1个ac-ac矩阵变换器支路的高频交流端分别与所述多绕组高频变压器的n+1个端口相连，其中，所述多绕组高频变压器的原边与n个所述dc-ac变换器支路相连，所述多绕组高频变压器的副边与1个所述ac-ac矩阵变换器支路的高频交流端相连。
3、所述多绕组高频变压器各端口漏感分别为lki，所述多绕组高频变压器各端口励磁电感分别为lmi，其中，i＝1,2,...,n+1，所述多绕组高频变压器各绕组匝比分别为n1:n2:...:n(n+1)；
4、所述ac-ac矩阵变换器支路包括两个双向开关管和两个无极性电容，两个所述双向开关管串联后与两个串联的所述无极性电容并联；
5、所述dc-ac变换器支路为全桥变换电路或半桥变换电路。
6、根据本专利技术的另一个方面，提供了一种上述多端口dc-ac变换器功率解耦方法，通过对所述多端口dc-ac变换器中高频变压器的漏感感值、励磁电感感值和ac-ac矩阵变换器支路中无极性电容容值进行设计，实现多个直流端口和交流端口之间的功率解耦；其中：
7、所述高频变压器各端口的励磁电感大于对应端口的漏感感值，满足lmi>t*lki；ac-ac矩阵变换器支路所连接的所述高频变压器端口漏感感值lk(n+1和所述ac-ac矩阵变换器支路中无极性电容容值chb应满足：
8、
9、式中，λz为实现功率解耦需要满足的关系式，j为虚数单位，ωs为开关角频率，lk(n+1)为ac-ac矩阵变换器支路所连接的高频变压器端口漏感感值，chb为ac-ac矩阵变换器支路中无极性电容容值，n1～n(n+1)为高频变压器各绕组匝比，lk1～lkn为dc-ac变换器支路所连接的高频变压器端口漏感感值，t为大于等于10的值；
10、根据上式，设计得到所述多端口dc-ac变换器支路中高频变压器的漏感感值、励磁电感感值和ac-ac矩阵变换器支路中无极性电容容值。
11、优选地，基于得到所述漏感感值、励磁电感感值和ac-ac矩阵变换器支路中无极性电容容值，通过以下方法实现多个直流端口和交流端口之间的硬件功率解耦，包括：
12、若λz小于1，则所述ac-ac矩阵变换器支路的阻抗也小于各所述dc-ac变换器支路的阻抗，n个所述dc-ac变换器支路的输出电流将流经所述ac-ac矩阵变换器支路，对n个所述dc-ac变换器支路之间的功率环流进行抑制，从硬件上自动实现功率解耦。
13、根据本专利技术的第三个方面，提供了一种上述多端口dc-ac变换器优化调制方法，通过优化设计各所述dc-ac变换器支路的内移相角d1以及所述dc-ac变换器支路与所述ac-ac矩阵变换器支路之间的外移相角d2，扩展零电压软开关范围，减小变压器电流有效值；其中：
14、n个所述dc-ac变换器支路各自的内移相角和外移相角形成所述多端口dc-ac变换器的2n个控制自由度；所述多端口dc-ac变换器多个直流端口和交流端口之间功率解耦后，分别对所述dc-ac变换器支路的内移相角d1以及所述dc-ac变换器支路与所述ac-ac矩阵变换器支路之间的外移相角d2进行设计。
15、优选地，对所述dc-ac变换器支路的内移相角d1进行设计，包括：
16、求解所述dc-ac变换器支路中使得滞后桥臂开关管节点电流等于零时的内移相角轨迹；
17、求解所述dc-ac变换器支路中每一路对应的所述ac-ac矩阵变换器支路中使得开关管节点电流等于零时的内移相角轨迹；
18、将两个内移相角轨迹进行线性组合，得到内移相角优化调制轨迹，完成对所述dc-ac变换器支路的内移相角d1的设计；
19、其中：
20、所述dc-ac变换器支路的滞后桥臂与功率传输方向有关：当功率正向传输时，与高频变压器同名端相连的桥臂为超前桥臂，与高频变压器非同名端相连的桥臂为滞后桥臂；当功率反向传输时，与高频变压器同名端相连的桥臂为滞后桥臂，与高频变压器非同名端相连的桥臂为超前桥臂。
21、优选地，所述求解所述dc-ac变换器支路中使得滞后桥臂开关管节点电流等于零时的内移相角轨迹，包括：
22、令滞后桥臂开关管开通时的变压器电流节点电流表达式等于0。
23、优选地，所述求解所述dc-ac变换器支路每一路对应的所述ac-ac矩阵变换器支路中使得开关管节点电流等于零时的内移相角轨迹，包括：
24、令所述ac-ac矩阵变换器支路开关管开通时的变压器节点电流表达式等于0。
25、优选地，所述将两个内移相角轨迹进行线性组合，包括：
26、选择线性组合系数对两个内移相角轨迹进行线性组合，得到的内移相角轨迹为d1＝αd1,pri+(1-α)d1,sec，其中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多端口DC-AC变换器，其特征在于，包括：所述多端口DC-AC变换器包括N个直流端口、一个交流端口、一个多绕组高频变压器和N+1个变换支路；其中，每一个所述直流端口均连接直流源或直流负载，所述交流端口连接电网或交流负载；所述多绕组高频变压器的绕组数量为N+1；所述N+1个变换支路包括N个DC-AC变换器支路和1个AC-AC矩阵变换器支路，所述N个DC-AC变换器支路的交流端和所述1个AC-AC矩阵变换器支路的高频交流端分别与所述多绕组高频变压器的N+1个端口相连，其中，所述多绕组高频变压器的原边与N个所述DC-AC变换器支路相连，所述多绕组高频变压器的副边与1个所述AC-AC矩阵变换器支路的高频交流端相连；
2.一种权利要求1所述的多端口DC-AC变换器功率解耦方法，其特征在于，通过对所述多端口DC-AC变换器中高频变压器的漏感感值、励磁电感感值和AC-AC矩阵变换器支路中无极性电容容值进行设计，实现多个直流端口和交流端口之间的功率解耦；其中：
3.根据权利要求2所述的功率解耦方法，其特征在于，基于得到所述漏感感值、励磁电感感值和AC-AC矩阵变换
4.一种权利要求1所述的多端口DC-AC变换器优化调制方法，其特征在于，通过优化设计各所述DC-AC变换器支路的内移相角D1以及所述DC-AC变换器支路与所述AC-AC矩阵变换器支路之间的外移相角D2，扩展零电压软开关范围，减小变压器电流有效值；其中：
5.根据权利要求4所述的优化调制方法，其特征在于，对所述DC-AC变换器支路的内移相角D1进行设计，包括：
6.根据权利要求5所述的优化调制方法，其特征在于，所述求解所述DC-AC变换器支路中使得滞后桥臂开关管节点电流等于零时的内移相角轨迹，包括：
7.根据权利要求5所述的优化调制方法，其特征在于，所述求解所述DC-AC变换器支路每一路对应的所述AC-AC矩阵变换器支路中使得开关管节点电流等于零时的内移相角轨迹，包括：
8.根据权利要求5所述的优化调制方法，其特征在于，所述将两个内移相角轨迹进行线性组合，包括：
9.根据权利要求4所述的优化调制方法，其特征在于，对所述DC-AC变换器支路与所述AC-AC矩阵变换器支路之间的外移相角D2进行设计，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种多端口dc-ac变换器，其特征在于，包括：所述多端口dc-ac变换器包括n个直流端口、一个交流端口、一个多绕组高频变压器和n+1个变换支路；其中，每一个所述直流端口均连接直流源或直流负载，所述交流端口连接电网或交流负载；所述多绕组高频变压器的绕组数量为n+1；所述n+1个变换支路包括n个dc-ac变换器支路和1个ac-ac矩阵变换器支路，所述n个dc-ac变换器支路的交流端和所述1个ac-ac矩阵变换器支路的高频交流端分别与所述多绕组高频变压器的n+1个端口相连，其中，所述多绕组高频变压器的原边与n个所述dc-ac变换器支路相连，所述多绕组高频变压器的副边与1个所述ac-ac矩阵变换器支路的高频交流端相连；
2.一种权利要求1所述的多端口dc-ac变换器功率解耦方法，其特征在于，通过对所述多端口dc-ac变换器中高频变压器的漏感感值、励磁电感感值和ac-ac矩阵变换器支路中无极性电容容值进行设计，实现多个直流端口和交流端口之间的功率解耦；其中：
3.根据权利要求2所述的功率解耦方法，其特征在于，基于得到所述漏感感值、励磁电感感值和ac-ac矩阵变换器支路中无极性电容容值，通过以下方法实现...
【专利技术属性】
技术研发人员：李睿，杨骐箐，马云飞，杨佳涛，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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