專(zhuān)利名稱：一種多輸入高增益升壓變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流-直流變換器，具體設(shè)計(jì)一種光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用的具有多輸入和高升壓能力的變換器。
背景技術(shù)：
光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由多個(gè)光伏電池模塊組成，為了提高太陽(yáng)能發(fā)電電池的工作效率，一般要求這些光伏電池模塊都要盡可能的工作于最大功率輸出狀態(tài)。通常這就需要多個(gè)直流-直流變換器；每個(gè)變換器工作于光伏電池模塊和并網(wǎng)逆變器所需的直流母線之間。同時(shí)，光伏電池模塊是由數(shù)個(gè)小的光伏電池串并聯(lián)組成，而受限于各個(gè)電池之間的相互影響，光伏電池不能串并聯(lián)過(guò)多，這樣就間接導(dǎo)致了光伏電池模塊的端電壓相對(duì)較低。而并網(wǎng)逆變器所需的直流母線電壓又相對(duì)較高。所以研究實(shí)現(xiàn)具有多路輸入能力的高增益升壓直流-直流變換器對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。傳統(tǒng)BOOST變換器在高升壓的工作場(chǎng)合已經(jīng)不能勝任，并且其開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力也較高。實(shí)現(xiàn)變換器高增益升壓的方法通常有三種。第一種借助于變壓器，在原有的直流-直流變換器中間加入一個(gè)高頻的變壓器，通過(guò)改變變壓器變比實(shí)現(xiàn)高增益升壓的目的。但此時(shí)， 電能的轉(zhuǎn)化過(guò)程實(shí)際上由原來(lái)的直流-直流，變?yōu)橹绷?交流-交流-直流，整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率降低了。第二種是利用開(kāi)關(guān)電容的方法實(shí)現(xiàn)高增益升壓，但此種方案所需器件過(guò)多，因而也不常用。第三種是利用耦合電感來(lái)實(shí)現(xiàn)高增益升壓，但耦合電感的使用，同樣會(huì)引起開(kāi)關(guān)器件電壓應(yīng)力過(guò)高，并且會(huì)帶來(lái)電磁干擾等影響，導(dǎo)致變換器工作損耗較大?，F(xiàn)有的多輸入變換器通常是在原有基本變換器的基礎(chǔ)上，基于網(wǎng)絡(luò)端口進(jìn)行改進(jìn)。雖然具有多輸入能力，但難以實(shí)現(xiàn)高增益。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，光伏電池模塊后級(jí)變換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且個(gè)數(shù)多(每個(gè)電池模塊后都需要一個(gè)變換器)，導(dǎo)致成本高、工作效率低等問(wèn)題；而提供一種不僅具有高增益升壓能力、開(kāi)關(guān)器件電壓應(yīng)力低，同時(shí)還具備多路輸入能力的直流-直流變換器。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種具有多路輸入能力的高增益升壓變換器，其特征在于，
所述多路輸入高增益升壓變換器中包含η個(gè)功率開(kāi)關(guān)Si、S2、S3…Sn，η個(gè)二極管D1、 D2、D3—Dn, η 個(gè)電感 Li、L2、L3··. Ln, η_1 個(gè)電容 Cl、C2··. Cn-I ；其中，
第一電感Ll的輸入端接第一個(gè)光伏電池模塊的正極，輸出端接第一電容Cl的一端， 第一電容Cl的另一端接第一二極管Dl的陽(yáng)極，第一二極管Dl的陰極接變換器輸出端的正極；在第一電感Ll和第一電容Cl的結(jié)點(diǎn)和變換器的負(fù)極之間接第一功率開(kāi)關(guān)Si，第一功率開(kāi)關(guān)Sl源極接變換器的負(fù)極，第一功率開(kāi)關(guān)Sl漏極與所述結(jié)點(diǎn)相連；
第二電感L2的輸入端接第二個(gè)光伏電池模塊的正極，輸出端接第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端接第二二極管D2的陽(yáng)極；在第一電容Cl和第一二極管Dl的結(jié)點(diǎn)接第二二極管D2的陰極；在第二電感L2和第二電容C2的結(jié)點(diǎn)和變換器的負(fù)極之間接第二功率開(kāi)關(guān)S2，第二功率開(kāi)關(guān)S2源極接變換器的負(fù)極，第二功率開(kāi)關(guān)S2漏極與所述結(jié)點(diǎn)相連；
以此類(lèi)推，一直到第n-1電感Ln-I的輸入端接第n_l個(gè)光伏電池模塊的正極，輸出端接第n-1電容Cn-I的一端，第n-1電容Cn-I的另一端接第n_l 二極管Dn-I的陽(yáng)極；在第 n-2電容Cl和第n-2 二極管Dl的結(jié)點(diǎn)接第n_l 二極管Dn-I的陰極；在第n_l電感Ln-I 和第n-i電容C1^1的結(jié)點(diǎn)和變換器的負(fù)極之間接第n-1功率開(kāi)關(guān)Sn_l，第n_l功率開(kāi)關(guān) Sn-I源極接變換器的負(fù)極，第n-1功率開(kāi)關(guān)Sn-I漏極與所述結(jié)點(diǎn)相連；
第η電感Ln的輸入端接第η個(gè)光伏電池模塊的正極，輸出端接第η 二極管Dn的陽(yáng)極； 在第n-1電容Cn-I和第n-1 二極管Dn-I的結(jié)點(diǎn)接第η 二極管Dn的陰極；在第η電感Ln 和第η 二極管Dn的結(jié)點(diǎn)和變換器的負(fù)極之間接第η功率開(kāi)關(guān)Sn，第η功率開(kāi)關(guān)Sn源極接變換器的負(fù)極，第η功率開(kāi)關(guān)Sn漏極與所述結(jié)點(diǎn)相連；
各功率開(kāi)關(guān)的柵極分別接各自的控制器。各個(gè)功率開(kāi)關(guān)的輸入端所接光伏電池的陽(yáng)極是經(jīng)濾波后得到的直流電。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果
1、該變換器允許多個(gè)光伏電池模塊向其供電，且可以通過(guò)控制，使得每一路光伏電池均可以獨(dú)立的工作于自身的最佳工作狀態(tài)(等效于每一個(gè)電池模塊后接一個(gè)獨(dú)立的變換器)。該變換器同時(shí)還具有高增益升壓能力，可以完成光伏電池到并網(wǎng)逆變器所需直流母線之間的直流-直流高增益升壓任務(wù)。2、每一個(gè)變換器根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，可以設(shè)計(jì)出不同的數(shù)量的輸入端口，且每一路輸入的電流和輸出電壓均可控。與傳統(tǒng)的多個(gè)變換器接入相比，成本得到了較大的降低。3、與現(xiàn)有的高增益升壓變換器相比，本發(fā)明電路拓?fù)浜?jiǎn)單，不存在耦合電感(EMI 小)，并且降低了開(kāi)關(guān)器件電壓應(yīng)力，這樣變換器整體工作效率得到了提高。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1 如圖1所示，一種具有多路輸入和高增益升壓能力的光伏電池升壓變換器，由光伏電池模塊和DC/DC升壓電路組成；所述的高增益升壓電路由具有高升壓比的3路輸入電流均可控的變換器構(gòu)成；該變換器3個(gè)輸入端分別連接經(jīng)過(guò)濾波電路的光伏電池模塊，輸出電壓可控的高壓直流電。每一路的輸入電流均可控；所述多路輸入高增益升壓電路中包含3個(gè)功率開(kāi)關(guān)S1、S2、S3，3個(gè)二極管D1、D2、D3，3個(gè)電感L1、L2、L3，2個(gè)電容C1、C2 ； 第一電感Ll的輸入端接第一個(gè)光伏電池模塊的正極，輸出端接第一電容Cl的一端，第一電容Cl的另一端接第一二極管Dl的陽(yáng)極，第一二極管Dl的陰極接變換器輸出端的正極；在第一電感Ll和第一電容Cl的結(jié)點(diǎn)和變換器的負(fù)極之間接第一功率開(kāi)關(guān)Si，第一功率開(kāi)關(guān)Sl源極接變換器的負(fù)極，第一功率開(kāi)關(guān)Sl漏極與所述結(jié)點(diǎn)相連；
第二電感L2的輸入端接第二個(gè)光伏電池模塊的正極，輸出端接第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端接第二二極管D2的陽(yáng)極；在第一電容Cl和第一二極管Dl的結(jié)點(diǎn)接第二二極管D2的陰極；在第二電感L2和第二電容C2的結(jié)點(diǎn)和變換器的負(fù)極之間接第二功率開(kāi)關(guān)S2，第二功率開(kāi)關(guān)S2源極接變換器的負(fù)極，第二功率開(kāi)關(guān)S2漏極與所述結(jié)點(diǎn)相連；
第三電感L3的輸入端接第三個(gè)光伏電池模塊的正極，輸出端接第三二極管D3的陽(yáng)極； 在第二電容C2和第二二極管D2的結(jié)點(diǎn)接第三二極管D3的陰極；在第三電感L3和第三二極管D3的結(jié)點(diǎn)和變換器的負(fù)極之間接第三功率開(kāi)關(guān)S3，第三功率開(kāi)關(guān)S3源極接變換器的負(fù)極，第三功率開(kāi)關(guān)S3漏極與所述結(jié)點(diǎn)相連。根據(jù)功率開(kāi)關(guān)狀態(tài)的不同，可以將電路分為4種工作狀態(tài)
(1)控制器控制第一功率開(kāi)關(guān)Sl關(guān)斷，第二功率開(kāi)關(guān)S2和第三功率開(kāi)關(guān)S3導(dǎo)通，此時(shí)光伏電池模塊一經(jīng)過(guò)濾波電路，通過(guò)第一電感Ll、第一電容Cl和第一二極管Dl向高壓直流母線供電；此時(shí)第二功率開(kāi)關(guān)S2和第三功率開(kāi)關(guān)S3均都開(kāi)通，光伏電池模塊二和光伏電池模塊三經(jīng)過(guò)各自的濾波電路，通過(guò)第二功率開(kāi)關(guān)S2和第三功率開(kāi)關(guān)S3分別向第二電感L2 和第三電感L3充電；第二二極管D2和第三二極管D3均關(guān)斷。(2)控制器控制第二功率開(kāi)關(guān)S2關(guān)斷，第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第三功率開(kāi)關(guān)S3導(dǎo)通， 此時(shí)光伏電池模塊二經(jīng)過(guò)濾波電路，通過(guò)第二電感L2、第二電容C2和第二二極管D2向第一電容Cl沖電；此時(shí)第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第三功率開(kāi)關(guān)S3均都開(kāi)通，光伏電池模塊一和光伏電池模塊三經(jīng)過(guò)各自的濾波電路，通過(guò)第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第三功率開(kāi)關(guān)S3分別向第一電感Ll和第三電感L3充電；第一二極管Dl和第三二極管D3均關(guān)斷。(3)控制器控制第三功率開(kāi)關(guān)S3關(guān)斷，第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第二功率開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通， 此時(shí)光伏電池模塊三經(jīng)過(guò)濾波電路，通過(guò)第三電感L3和第三二極管D3向第二電容C2沖電；此時(shí)第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第二功率開(kāi)關(guān)S2均都開(kāi)通，光伏電池模塊一和光伏電池模塊二經(jīng)過(guò)各自的濾波電路，通過(guò)第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第二功率開(kāi)關(guān)S2分別向第一電感Ll和第二電感L2充電；第一二極管Dl和第二二極管D2均關(guān)斷。(4)功率開(kāi)關(guān)均導(dǎo)通，此時(shí)光伏電池模塊一、光伏電池模塊二以及光伏電池模塊三均經(jīng)過(guò)各自的濾波電路，通過(guò)第一功率開(kāi)關(guān)Sl、第二功率開(kāi)關(guān)S2和第三功率開(kāi)關(guān)S3分別向第一電感Li、第二電感L2和第三電感L3充電；第一二極管D1、第二二極管D2和第三二極管D3均關(guān)斷。在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，功率開(kāi)關(guān)根據(jù)系統(tǒng)中第三部分并網(wǎng)逆變器所需直流母線電壓的不同，而選擇不同電壓應(yīng)力的開(kāi)關(guān)器件，以并網(wǎng)逆變器采用全橋逆變器為例，功率開(kāi)關(guān)管選擇，二極管選擇MUR8100。本發(fā)明使用的功率開(kāi)關(guān)為開(kāi)關(guān)器件，功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟與關(guān)閉受到控制器的控制， 上述的三路輸入高增益升壓電路，由控制器控制三相功率開(kāi)關(guān)的占空比每相之間相位相差 120°。其各相占空比大小根據(jù)三個(gè)光伏電池模塊的工作狀態(tài)決定。通過(guò)占空比的調(diào)節(jié)，可以使得每一路光伏電池模塊處于最佳工作狀態(tài)，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。綜上所述，該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，升壓能力較強(qiáng)，適合應(yīng)用于光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中。實(shí)施例2 如圖1所示，其多路輸入高增益升壓電路的連接關(guān)系與實(shí)施例1相同，但在控制方式上有所改變；由控制器控制三相功率開(kāi)關(guān)的占空比每相之間相位相差180° (第一相與第三相相同)。其各相占空比大小根據(jù)三個(gè)光伏電池模塊的工作狀態(tài)決定。根據(jù)功率開(kāi)關(guān)狀態(tài)的不同，可以將電路分為4個(gè)工作狀態(tài)(以第一相占空比大于第二相占空比大于第三相占空比為例)
(1)控制器控制第二功率開(kāi)關(guān)S2關(guān)斷，第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第三功率開(kāi)關(guān)S3導(dǎo)通，此時(shí)光伏電池模塊二經(jīng)過(guò)濾波電路，通過(guò)第二電感L2、第二電容C2和第二二極管D2向第一電容Cl沖電；此時(shí)第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第三功率開(kāi)關(guān)S3均都開(kāi)通，光伏電池模塊一和光伏電池模塊三經(jīng)過(guò)各自的濾波電路，通過(guò)第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第三功率開(kāi)關(guān)S3分別向第一電感 Ll和第三電感L3充電；第一二極管Dl和第三二極管D3均關(guān)斷。( 2 )功率開(kāi)關(guān)均導(dǎo)通，此時(shí)光伏電池模塊一、光伏電池模塊二以及光伏電池模塊三均經(jīng)過(guò)各自的濾波電路，通過(guò)第一功率開(kāi)關(guān)Sl、第二功率開(kāi)關(guān)S2和第三功率開(kāi)關(guān)S3分別向第一電感Li、第二電感L2和第三電感L3充電；第一二極管D1、第二二極管D2和第三二極管D3均關(guān)斷。(3)控制器控制第三功率開(kāi)關(guān)S3關(guān)斷，第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第二功率開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通， 此時(shí)光伏電池模塊三經(jīng)過(guò)濾波電路，通過(guò)第三電感L3和第三二極管D3向第二電容C2沖電；此時(shí)第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第二功率開(kāi)關(guān)S2均都開(kāi)通，光伏電池模塊一和光伏電池模塊二經(jīng)過(guò)各自的濾波電路，通過(guò)第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第二功率開(kāi)關(guān)S2分別向第一電感Ll和第二電感L2充電；第一二極管Dl和第二二極管D2均關(guān)斷。(4)控制器控制第一功率開(kāi)關(guān)Sl和第三功率開(kāi)關(guān)S3關(guān)斷，第二功率開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通， 此時(shí)光伏電池模塊一和光伏電池模塊三經(jīng)過(guò)各自的濾波電路，通過(guò)第一電感Li、第一電容 Cl、第一二極管Dl和第三電感L3和第三二極管D3分別向負(fù)載以及第二電容C2供電；光伏電池模塊二均經(jīng)過(guò)濾波電路，通過(guò)第二功率開(kāi)關(guān)S2向第二電感充電。實(shí)施例1和實(shí)施例2僅僅是為了工作原理闡述簡(jiǎn)單而采用了三路輸入的電路，在實(shí)際的應(yīng)用中，能夠根據(jù)實(shí)際光伏系統(tǒng)中所含光伏模塊的數(shù)目而增加輸入路數(shù)，只需要通過(guò)控制器改變?nèi)喙β书_(kāi)關(guān)的占空比和每相之間相位相差即可。本發(fā)明中，光伏發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括三個(gè)部分，第一部分為光伏電池模塊及其輸出端的濾波電路；第二部分為直流-直流升壓環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)為第三部分并網(wǎng)逆變器提供合適的電壓母線；第三部分為逆變器環(huán)節(jié)。本發(fā)明的改進(jìn)環(huán)節(jié)在于第二部分的直流-直流升壓環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)由具有多路輸入和高增益升壓能力的新型變換器構(gòu)成。該變換器具有多個(gè)輸入端(以3路輸入為例說(shuō)明)，可以連接多個(gè)光伏電池模塊，每一路光伏電池模塊的輸入電流均可控，這樣不僅可以滿足不同模塊分別均工作于最大功率輸出，并且節(jié)約了大量的元器件，降低了成本。該變換器輸出恒定的直流電。本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
權(quán)利要求
1.一種多輸入高增益升壓變換器，其特征在于，包含η個(gè)功率開(kāi)關(guān)S1、S2、S3…Sn，n個(gè)二極管 Dl、D2、D3 "Dn，η 個(gè)電感 Li、L2、L3—Ln, η_1 個(gè)電容 Cl、C2 "Cn_l ；其中，第一電感Ll的輸入端接第一個(gè)光伏電池模塊的正極，輸出端接第一電容Cl的一端， 第一電容Cl的另一端接第一二極管Dl的陽(yáng)極，第一二極管Dl的陰極接變換器輸出端的正極；在第一電感Ll和第一電容Cl的結(jié)點(diǎn)和變換器的負(fù)極之間接第一功率開(kāi)關(guān)Si，第一功率開(kāi)關(guān)Sl源極接變換器的負(fù)極，第一功率開(kāi)關(guān)Sl漏極與所述結(jié)點(diǎn)相連；第二電感L2的輸入端接第二個(gè)光伏電池模塊的正極，輸出端接第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端接第二二極管D2的陽(yáng)極；在第一電容Cl和第一二極管Dl的結(jié)點(diǎn)接第二二極管D2的陰極；在第二電感L2和第二電容C2的結(jié)點(diǎn)和變換器的負(fù)極之間接第二功率開(kāi)關(guān)S2，第二功率開(kāi)關(guān)S2源極接變換器的負(fù)極，第二功率開(kāi)關(guān)S2漏極與所述結(jié)點(diǎn)相連；以此類(lèi)推，一直到，第n-1電感Ln-I的輸入端接第n_l個(gè)光伏電池模塊的正極，輸出端接第n-1電容Cn-I的一端，第n-1電容Cn-I的另一端接第n_l 二極管Dn-I的陽(yáng)極；在第 n-2電容Cl和第n-2 二極管Dl的結(jié)點(diǎn)接第n_l 二極管Dn-I的陰極；在第n_l電感Ln-I 和第n-i電容C1^1的結(jié)點(diǎn)和變換器的負(fù)極之間接第n-1功率開(kāi)關(guān)Sn_l，第n_l功率開(kāi)關(guān) Sn-I源極接變換器的負(fù)極，第n-1功率開(kāi)關(guān)Sn-I漏極與所述結(jié)點(diǎn)相連；第η電感Ln的輸入端接第η個(gè)光伏電池模塊的正極，輸出端接第η 二極管Dn的陽(yáng)極； 在第n-1電容Cn-I和第n-1 二極管Dn-I的結(jié)點(diǎn)接第η 二極管Dn的陰極；在第η電感Ln 和第η 二極管Dn的結(jié)點(diǎn)和變換器的負(fù)極之間接第η功率開(kāi)關(guān)Sn，第η功率開(kāi)關(guān)Sn源極接變換器的負(fù)極，第η功率開(kāi)關(guān)Sn漏極與所述結(jié)點(diǎn)相連；各功率開(kāi)關(guān)的柵極分別接各自的控制器；各個(gè)功率開(kāi)關(guān)的輸入端所接光伏電池的陽(yáng)極是經(jīng)濾波后得到的直流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多輸入高增益升壓變換器，其控制方式1為各相功率開(kāi)關(guān)采用交錯(cuò)控制策略；即每相開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)相位之間相差360°/η。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述多輸入高增益升壓變換器，其控制方式2為相鄰功率開(kāi)關(guān)之間采用交錯(cuò)控制策略；即每相鄰兩相之間開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)相位相差180°。
全文摘要
一種多輸入高增益升壓變換器，它具有多個(gè)輸入端，可以連接多個(gè)光伏電池模塊，每一路光伏電池模塊的輸入電流均可控，這樣不僅可以滿足不同模塊分別均工作于最大功率輸出，并且節(jié)約了大量的元器件，降低了成本。該變換器允許多個(gè)光伏電池模塊向其供電，且可以通過(guò)控制，使得每一路光伏電池均可以獨(dú)立的工作于自身的最佳工作狀態(tài)。每一個(gè)變換器根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，可以設(shè)計(jì)出不同的數(shù)量的輸入端口，且每一路輸入的電流和輸出電壓均可控。與現(xiàn)有的高增益升壓變換器相比，本發(fā)明電路拓?fù)浜?jiǎn)單，不存在耦合電感(EMI小)，并且降低了開(kāi)關(guān)器件電壓應(yīng)力，這樣變換器整體工作效率得到了提高。
文檔編號(hào)H02M3/10GK102324841SQ20111028594
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者盧偉國(guó), 周雒維, 羅全明, 邾玢鑫 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)