【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電力電子變換器，具體為一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲及控制方法。
技術介紹
1、多端口變換器被廣泛應用于可再生能源的儲能系統中，以改善可再生能源的間歇性和不穩定性，目前的單電感多端口變換器存在一些問題，如缺乏功率傳輸路徑和端口間的電壓約束，無法滿足可再生能源在寬電壓范圍內的變動需求。此外，采用分時控制方式來管理可再生能源端口和儲能端口之間的能量流動可能導致能量浪費和效率低下。當可再生能源端口發生故障或無法持續提供足夠能量時，系統可能癱瘓，無法向負載端口穩定輸出能量。因此，在儲能系統中使用單電感多端口變換器存在穩定性差、效率低和適用范圍狹窄的問題，設計一種能夠滿足全部功率傳輸路徑需求、擴展可再生能源端口的電壓工作范圍并提高系統穩定性的單電感多端口變換器拓撲具有重要意義。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲及控制方法，以解決上述
技術介紹
中提出的在儲能系統中使用單電感多端口變換器存在穩定性差、效率低和適用范圍狹窄的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其組成包括：可再生能源直流輸入電壓us、直流輸入穩壓電容cs、負載電阻rl、輸出穩壓電容cl、儲能直流源b、儲能穩壓電容cb、第一開關單元k1、第二開關單元k2、第三開關單元k3、第四開關單元k4、第五開關單元k5、功率開關管s1、功率開關管s2、功率開關管s3、功率開關管s4、功率開關管s5、功率
3、所述開關單元均為功率開關管并聯二極管結構。
4、作為本專利技術的一種優選技術方案，所述第五開關單元k5包括功率開關管s5和并聯二極管d5，功率開關管s5的漏極連接并聯二極管d5的陽極，功率開關管s5的源極連接并聯二極管d5的陰極，直流輸入穩壓電容cs的正極連接串聯二極管vd1的陰極，串聯二極管vd1的陽極連接串聯二極管vd4的陽極，串聯二極管vd4的陰極連接功率開關管s5的漏極，功率開關管s5的源極連接直流輸入穩壓電容cs的負極。
5、作為本專利技術的一種優選技術方案，所述第三開關單元k3包括功率開關管s3和并聯二極管d3，功率開關管s3的漏極連接并聯二極管d3的陽極，功率開關管s3的源極連接并聯二極管d3的陰極。
6、作為本專利技術的一種優選技術方案，所述第四開關單元k4包括功率開關管s4和并聯二極管d4，功率開關管s4的漏極連接并聯二極管d4的陽極，功率開關管s4的源極連接并聯二極管d4的陰極；儲能穩壓電容cb的正極連接功率開關管s4的漏極，功率開關管s4的源極連接功率開關管s3的漏極，功率開關管s3的源極連接串聯二極管vd3的陽極，串聯二極管vd3的陰極連接儲能穩壓電容cb的負極，其中串聯二極管vd3的陽極連接到串聯二極管vd4的陰極。
7、作為本專利技術的一種優選技術方案，所述第一開關單元k1包括功率開關管s1和并聯二極管d1，功率開關管s1的漏極連接并聯二極管d1的陽極，功率開關管s1的源極連接并聯二極管d1的陰極。
8、作為本專利技術的一種優選技術方案，所述第二開關單元k2包括功率開關管s2和并聯二極管d2，功率開關管s2的漏極連接并聯二極管d2的陽極，功率開關管s2的源極連接并聯二極管d2的陰極，輸出穩壓電容cl的正極連接功率開關管s1的源極，功率開關管s1的漏極連接功率開關管s2的漏極，功率開關管s2的源極連接串聯二極管vd2的陰極，串聯二極管vd2的陽極連接功率開關管s3的漏極，輸出穩壓電容cl的負極連接串聯二極管vd3的陰極，其中功率開關管s1的漏極還連接電感l，電感l另一端連接并聯二極管d1的陽極。
9、作為本專利技術的一種優選技術方案，所述功率補償單元ut包括功率開關管st1、功率開關管st2、串聯二極管vdt1、串聯二極管vdt2、并聯二極管dt1和并聯二極管dt2；功率開關管st1的漏極連接并聯二極管dt1的陽極，功率開關管st1的源極連接并聯二極管dt1的陰極；功率開關管st2的漏極連接并聯二極管的dt2的陽極，功率開關管st2的源極連接并聯二極管dt2的陰極；功率開關管st1的漏極連接串聯二極管vdt2的陽極和串聯二極管vd1的陽極；功率開關管st2的漏極連接串聯二極管vdt1的陽極和功率補償電容ct的正極，功率補償電容ct的負極連接功率開關管s5的源極。
10、作為本專利技術的一種優選技術方案，所述單電感多端口變換器有兩種控制方法，分別為不考慮功率補償控制方法和考慮功率補償控制方法。
11、本專利技術一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲的控制方法，包括以下工作模式，所述單電感多端口變換器不考慮功率補償的控制方法包括四種工作模式：
12、所述第一種工作模式：當可再生能源輸入端口提供的功率大于負載端口功率時，單電感多端口變換器工作在單輸入雙輸出模式下，由可再生能源輸入端口向負載端口提供能量，多余的能量傳遞給儲能端口存儲；
13、所述第二種工作模式：當可再生能源輸入端口提供的功率小于負載端口功率時，單電感多端口變換器工作在雙輸入單輸出模式下，由可再生能源輸入端口聯合儲能端口向負載端口提供能量；
14、所述第三種工作模式：當儲能端口不進行能量交換時，單電感多端口變換器工作在單輸入單輸出模式下，負載端口所需能量只由可再生能源輸入端口提供；
15、所述第四種工作模式：當可再生能源輸入端口不進行能量交換時，單電感多端口變換器工作在單輸入單輸出模式下，負載端口所需能量只由儲能端口提供。
16、所述單電感多端口變換器考慮功率補償的控制方法包括可再生能源輸入端口不參與能量變換的兩種工作模式和可再生能源輸入端口參與能量變換的兩種工作模式：
17、所述單電感多端口變換器的可再生能源輸入端口不參與能量變換的工作模式有：
18、所述第五種工作模式：由功率補償電容ct單獨向負載端口提供能量；
19、所述第六種工作模式：由功率補償電容ct串聯儲能端口向負載端口提供能量。
20、所述單電感多端口變換器的可再生能源輸入端口參與能量變換的工作模式有：
21、所述第七種工作模式：可再生能源輸入端口并聯功率補償電容ct，再向負載端口提供能量；
22、所述第八種工作模式：可再生能源輸入端口并聯功率補償電容ct，再與儲能端口串聯，向負載端口提供能量。
23、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
24、1、本專利技術涉及的單電感多端口變換器，只存在一個磁性元件，系統功率密度高，且端口間的能量可以自由流動，滿足全部功率傳輸路徑本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：其組成包括：可再生能源直流輸入電壓US、直流輸入穩壓電容CS、負載電阻RL、輸出穩壓電容CL、儲能直流源B、儲能穩壓電容CB、第一開關單元K1、第二開關單元K2、第三開關單元K3、第四開關單元K4、第五開關單元K5、功率開關管S1、功率開關管S2、功率開關管S3、功率開關管S4、功率開關管S5、功率開關管ST1、功率開關管ST2、并聯二極管D1、并聯二極管D2、并聯二極管D3、并聯二極管D4、并聯二極管D5、并聯二極管DT1、并聯二極管DT2、串聯二極管VD1、串聯二極管VD2、串聯二極管VD3、串聯二極管VD4、串聯二極管VDT1、串聯二極管VDT2、功率補償單元UT、功率補償電容CT以及電感L；
2.根據權利要求1所述的一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：所述第五開關單元K5包括功率開關管S5和并聯二極管D5，功率開關管S5的漏極連接并聯二極管D5的陽極，功率開關管S5的源極連接并聯二極管D5的陰極，直流輸入穩壓電容CS的正極連接串聯二極管VD1的陰極，串聯二極管VD1的陽極連接串聯二極管
3.根據權利要求1所述的一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：所述第三開關單元K3包括功率開關管S3和并聯二極管D3，功率開關管S3的漏極連接并聯二極管D3的陽極，功率開關管S3的源極連接并聯二極管D3的陰極。
4.根據權利要求1所述的一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：所述第四開關單元K4包括功率開關管S4和并聯二極管D4，功率開關管S4的漏極連接并聯二極管D4的陽極，功率開關管S4的源極連接并聯二極管D4的陰極；儲能穩壓電容CB的正極連接功率開關管S4的漏極，功率開關管S4的源極連接功率開關管S3的漏極，功率開關管S3的源極連接串聯二極管VD3的陽極，串聯二極管VD3的陰極連接儲能穩壓電容CB的負極，其中串聯二極管VD3的陽極連接到串聯二極管VD4的陰極。
5.根據權利要求1所述的一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：所述第一開關單元K1包括功率開關管S1和并聯二極管D1，功率開關管S1的漏極連接并聯二極管D1的陽極，功率開關管S1的源極連接并聯二極管D1的陰極。
6.根據權利要求1所述的一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：所述第二開關單元K2包括功率開關管S2和并聯二極管D2，功率開關管S2的漏極連接并聯二極管D2的陽極，功率開關管S2的源極連接并聯二極管D2的陰極，輸出穩壓電容CL的正極連接功率開關管S1的源極，功率開關管S1的漏極連接功率開關管S2的漏極，功率開關管S2的源極連接串聯二極管VD2的陰極，串聯二極管VD2的陽極連接功率開關管S3的漏極，輸出穩壓電容CL的負極連接串聯二極管VD3的陰極，其中功率開關管S1的漏極還連接電感L，電感L另一端連接并聯二極管D1的陽極。
7.根據權利要求1所述的一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：所述功率補償單元UT包括功率開關管ST1、功率開關管ST2、串聯二極管VDT1、串聯二極管VDT2、并聯二極管DT1和并聯二極管DT2；功率開關管ST1的漏極連接并聯二極管DT1的陽極，功率開關管ST1的源極連接并聯二極管DT1的陰極；功率開關管ST2的漏極連接并聯二極管的DT2的陽極，功率開關管ST2的源極連接并聯二極管DT2的陰極；功率開關管ST1的漏極連接串聯二極管VDT2的陽極和串聯二極管VD1的陽極；功率開關管ST2的漏極連接串聯二極管VDT1的陽極和功率補償電容CT的正極，功率補償電容CT的負極連接功率開關管S5的源極。
8.根據權利要求1所述的一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：所述單電感多端口變換器有兩種控制方法，分別為不考慮功率補償控制方法和考慮功率補償控制方法。
9.一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲的控制方法，其特征在于：采用權利要求1-8任一項所述的一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，包括以下工作模式：
...【技術特征摘要】
1.一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：其組成包括：可再生能源直流輸入電壓us、直流輸入穩壓電容cs、負載電阻rl、輸出穩壓電容cl、儲能直流源b、儲能穩壓電容cb、第一開關單元k1、第二開關單元k2、第三開關單元k3、第四開關單元k4、第五開關單元k5、功率開關管s1、功率開關管s2、功率開關管s3、功率開關管s4、功率開關管s5、功率開關管st1、功率開關管st2、并聯二極管d1、并聯二極管d2、并聯二極管d3、并聯二極管d4、并聯二極管d5、并聯二極管dt1、并聯二極管dt2、串聯二極管vd1、串聯二極管vd2、串聯二極管vd3、串聯二極管vd4、串聯二極管vdt1、串聯二極管vdt2、功率補償單元ut、功率補償電容ct以及電感l；
2.根據權利要求1所述的一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：所述第五開關單元k5包括功率開關管s5和并聯二極管d5，功率開關管s5的漏極連接并聯二極管d5的陽極，功率開關管s5的源極連接并聯二極管d5的陰極，直流輸入穩壓電容cs的正極連接串聯二極管vd1的陰極，串聯二極管vd1的陽極連接串聯二極管vd4的陽極，串聯二極管vd4的陰極連接功率開關管s5的漏極，功率開關管s5的源極連接直流輸入穩壓電容cs的負極。
3.根據權利要求1所述的一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：所述第三開關單元k3包括功率開關管s3和并聯二極管d3，功率開關管s3的漏極連接并聯二極管d3的陽極，功率開關管s3的源極連接并聯二極管d3的陰極。
4.根據權利要求1所述的一種考慮功率補償的單電感多端口變換器拓撲，其特征在于：所述第四開關單元k4包括功率開關管s4和并聯二極管d4，功率開關管s4的漏極連接并聯二極管d4的陽極，功率開關管s4的源極連接并聯二極管d4的陰極；儲能穩壓電容cb的正極連接功率開關管s4的漏極，功率開關管s4的源極連接功率開關管s3的漏極，功率開關管s3的源極連接串聯二極管vd3的陽極，串聯二極管vd3的陰極連接儲能穩壓電容cb的負極，其中串聯二極管vd3的陽極連...
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