一種面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊，由電力電子變換單元、信號(hào)處理單元和信號(hào)調(diào)理單元組成，電力電子變換單元由4個(gè)全橋拓?fù)洹?個(gè)電容、高頻變壓器組成；4個(gè)全橋拓?fù)渚晒β书_關(guān)管搭建而成，2個(gè)電容為鋁電解電容或鉭電解電容；高頻變壓器由初級(jí)繞組、次級(jí)繞組和磁芯組成；信號(hào)處理單元由數(shù)字信號(hào)處理器、4個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片組成，數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)裝有信號(hào)處理軟件，為具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能、定時(shí)器、Flash存儲(chǔ)器、4個(gè)以上PWM發(fā)生器的微處理器；本發(fā)明體積小，功率密度高，能維持直流微電網(wǎng)中直流母線電壓的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)公用交流電網(wǎng)與直流微電網(wǎng)之間的電氣隔離，且能實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)和孤島模式之間的無縫切換。
【專利說明】—種面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，特別涉及到三端口直流母線穩(wěn)壓模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)交流微電網(wǎng)相比，直流微電網(wǎng)中自身多種微型電源與直流母線的連接方式更為簡便，不必考慮交流微網(wǎng)中輸出電壓的頻率和相位等問題。對(duì)直流微電網(wǎng)的控制只決定于直流母線電壓，對(duì)交流微電網(wǎng)的控制更大程度上取決于電網(wǎng)電流，因此直流微電網(wǎng)更容易實(shí)現(xiàn)分布式電源間的協(xié)同控制。當(dāng)公用交流電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，直流微電網(wǎng)能快速地與公用交流電網(wǎng)分離，并能夠通過自身的分布式電源維持本系統(tǒng)正常運(yùn)行。
[0003]由于微電網(wǎng)中存在電壓等級(jí)不同的儲(chǔ)能裝置和分布式電源，直流微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵是要保持供電電源端和負(fù)荷端能量的平衡，而控制直流微電網(wǎng)能量平衡的關(guān)鍵是對(duì)直流母線電壓的調(diào)整和電能質(zhì)量的管理。目前，在直流微電網(wǎng)主要有并網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行模式，在并網(wǎng)模式主要是通過公用交流電網(wǎng)整流來穩(wěn)定直流母線上的電壓，而在孤島模式下通過儲(chǔ)能裝置來穩(wěn)定直流母線電壓。因此需要一個(gè)三端口模塊，即一個(gè)端口為公用交流電網(wǎng)整流之后的直流電源裝置接口，一個(gè)端口為儲(chǔ)能裝置接口，另外一個(gè)端口為直流微電網(wǎng)中直流母線的接口。
[0004]目前，沒有公開技術(shù)文件涉及滿足上述功能的三端口模塊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種體積小，功率密度高的面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊，該模塊一方面能夠維持直流微電網(wǎng)中直流母線電壓的穩(wěn)定，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)公用交流電網(wǎng)與直流微電網(wǎng)之間的電氣隔離，有利于公用交流電網(wǎng)的安全，且能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)和孤島模式(微電網(wǎng)脫離大電網(wǎng)之后，能夠?yàn)楸旧淼闹辽傩〔糠重?fù)載提供電能的一種自治運(yùn)行模式)之間的無縫切換。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明使用時(shí)通過電網(wǎng)接口即火線L、零線N與公用交流電網(wǎng)相連，通過儲(chǔ)能裝置正極BAT+、儲(chǔ)能裝置負(fù)極BAT-與儲(chǔ)能裝置相連，通過直流母線的正端LINE+、直流母線的負(fù)端LINE與直流微電網(wǎng)中的直流母線相連。
[0008]本發(fā)明由電力電子變換單元、信號(hào)處理單元和信號(hào)調(diào)理單元組成。電力電子變換單元由第一全橋拓?fù)?、第一電容、第二電容、第二全橋拓?fù)?、第三全橋拓?fù)?、高頻變壓器、第四全橋拓?fù)浣M成。第一全橋拓?fù)渑c公用交流電網(wǎng)和第一電容相連，將公用交流電網(wǎng)傳來的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為整流信號(hào)，并將整流信號(hào)輸出給第一電容。第一電容與第一全橋拓?fù)洹⒌诙珮蛲負(fù)湎噙B，將第一全橋拓?fù)鋫鱽淼恼餍盘?hào)變?yōu)榉€(wěn)定的第一直流電壓信號(hào)，并將第一直流電壓信號(hào)輸出給第二全橋拓?fù)洹５诙珮蛲負(fù)渑c第一電容和高頻變壓器相連，將第一直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一交流電壓方波信號(hào)，并將第一交流電壓方波信號(hào)傳輸給高頻變壓器。第三全橋拓?fù)渑c儲(chǔ)能裝置、高頻變壓器相連，將儲(chǔ)能裝置提供的第二直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二交流電壓方波信號(hào)，并將第二交流電壓方波信號(hào)輸?shù)浇o高頻變壓器。高頻變壓器與第二全橋拓?fù)?、第三全橋拓?fù)浜偷谒娜珮蛲負(fù)湎噙B，將第一交流電壓方波信號(hào)耦合到第四全橋拓?fù)涞妮斎攵?，將第二交流電壓方波信?hào)也耦合到第四全橋拓?fù)涞妮斎攵恕５谒娜珮蛲負(fù)渑c高頻變壓器和第二電容相連，將第一交流電壓方波信號(hào)變?yōu)榈谌绷麟妷盒盘?hào)輸出到直流母線，并將第二交流電壓方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為第四直流電壓信號(hào)輸出給直流母線。第二電容與第四全橋拓?fù)浜椭绷髂妇€相連，起到濾去第三直流信號(hào)中的紋波成分的作用。信號(hào)調(diào)理單元與公用交流電網(wǎng)、儲(chǔ)能裝置、第一電容、直流母線和信號(hào)處理單元相連，將公用交流電網(wǎng)傳遞過來的交流電壓信號(hào)和交流電流信號(hào)分別調(diào)理成電網(wǎng)電壓信號(hào)和電網(wǎng)電流信號(hào)送至信號(hào)處理單元；將第一電容提供的第一直流電壓信號(hào)調(diào)理成第一電容電壓送至信號(hào)處理單元；將儲(chǔ)能裝置傳遞過來的第二直流電壓信號(hào)調(diào)理成儲(chǔ)能裝置電壓信號(hào)送至信號(hào)處理單元；將流過儲(chǔ)能裝置的第二直流電流信號(hào)調(diào)理成儲(chǔ)能裝置電流信號(hào)送至信號(hào)處理單元；將直流母線提供的第三直流電壓信號(hào)調(diào)理成直流母線電壓信號(hào)送至信號(hào)處理單元；將流過直流母線的第三直流電流信號(hào)調(diào)理成直流母線電流信號(hào)送至信號(hào)處理單元。信號(hào)處理單元和第一全橋拓?fù)?、第二全橋拓?fù)?、第三全橋拓?fù)?、第四全橋拓?fù)浜托盘?hào)調(diào)理單元相連，對(duì)信號(hào)調(diào)理單元傳遞過來的電網(wǎng)電壓信號(hào)、電網(wǎng)電流信號(hào)、儲(chǔ)能裝置電壓信號(hào)、儲(chǔ)能裝置電流信號(hào)、第一電容電壓信號(hào)、直流母線電壓信號(hào)、直流母線電流信號(hào)進(jìn)行處理，將處理之后的結(jié)果轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)送至第一全橋拓?fù)?、第二全橋拓?fù)洹⒌谌珮蛲負(fù)浜偷谒娜珮蛲負(fù)涞拿}沖輸入端。
[0009]以下所述第一至第十二功率開關(guān)管為場效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙極型晶體管IGBT(insulated gate bipolar transistor)。
[0010]若功率開關(guān)管選用IGBT功率開關(guān)管，則功率開關(guān)管的第一端為IGBT的門極，功率開關(guān)管第二端為IGBT的集電極，功率開關(guān)管第三端為IGBT的發(fā)射極。若選擇場效應(yīng)晶體管為功率開關(guān)管，則功率開關(guān)管的第一端為場效應(yīng)晶體管的柵極，功率開關(guān)管第二端為場效應(yīng)晶體管的漏極，功率開關(guān)管第三端為場效應(yīng)晶體管的源極。
[0011]第一全橋拓?fù)溆伤膫€(gè)功率開關(guān)管組成，第一功率開關(guān)管的第二端與第二功率開關(guān)管的第二端相連，第一功率開關(guān)管的第三端連接到第三功率開關(guān)管的第二端。第二功率開關(guān)管的第二端既與第一功率開關(guān)管的第二端相連，又連接到第一電容的正極，第二功率開關(guān)管的第三端連接到第四功率開關(guān)管的第二端，并連接到公用交流電網(wǎng)的零線。第三功率開關(guān)管的第二端連接到第一功率開關(guān)管的第三端，并連接到公用交流電網(wǎng)的火線。第三功率開關(guān)管的第三端連接到第四功率開關(guān)管的第三端。第四功率開關(guān)管的第二端連接到第二功率開關(guān)管的第三端，第四功率開關(guān)管的第三端既與第三功率開關(guān)管的第三端相連，又連接到第一電容的負(fù)極。第一全橋拓?fù)渲械墓β书_關(guān)管的第一端與功率開關(guān)管的第一端均為第一全橋拓?fù)涿}沖輸入端的正端，第一全橋拓?fù)渲械墓β书_關(guān)管的第一端與功率開關(guān)管的第一端均為第一全橋拓?fù)湫蚊}沖輸入端的負(fù)端。第一全橋拓?fù)涞拿}沖輸入端與信號(hào)處理單元相連。
[0012]第一電容為鋁電解電容或鉭電解電容。選擇該電容時(shí)應(yīng)該依據(jù)第一全橋拓?fù)漭敵龅恼餍盘?hào)中的電壓信號(hào)幅值的大小及其紋波峰-峰值的大小和頻率來選取。第一電容的電容值

【權(quán)利要求】
1.一種面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊，通過火線L、零線N與公用交流電網(wǎng)(11)相連，通過儲(chǔ)能裝置正極BAT+、儲(chǔ)能裝置負(fù)極BAT-與儲(chǔ)能裝置(12)相連，通過直流母線的正端LINE+、直流母線的負(fù)端LINE-與直流微電網(wǎng)中的直流母線(16)相連，其特征在于面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊由電力電子變換單元、信號(hào)處理單元(600)和信號(hào)調(diào)理單元(700)組成；電力電子變換單元由第一全橋拓?fù)?100)、第一電容、第二電容、第二全橋拓?fù)?200)、第三全橋拓?fù)?300)、高頻變壓器(400)、第四全橋拓?fù)?500)組成；第一全橋拓?fù)?100)與公用交流電網(wǎng)(11)和第一電容相連，將公用交流電網(wǎng)(11)傳來的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為整流信號(hào)，并將整流信號(hào)輸出給第一電容；第一電容與第一全橋拓?fù)?100)、第二全橋拓?fù)?200)相連，將第一全橋拓?fù)?100)傳來的整流信號(hào)變?yōu)榉€(wěn)定的第一直流電壓信號(hào)，并將第一直流電壓信號(hào)輸出給第二全橋拓?fù)?200);第二全橋拓?fù)?200)與第一電容和高頻變壓器(400)相連,將第一直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一交流電壓方波信號(hào)，并將第一交流電壓方波信號(hào)傳輸給高頻變壓器(400);第三全橋拓?fù)?300)與儲(chǔ)能裝置(12)、高頻變壓器(400)相連，將儲(chǔ)能裝置(12)提供的第二直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二交流電壓方波信號(hào)，并將第二交流電壓方波信號(hào)輸?shù)浇o高頻變壓器(400);高頻變壓器(400)與第二全橋拓?fù)?200)、第三全橋拓?fù)?300)和第四全橋拓?fù)?500)相連，將第一交流電壓方波信號(hào)耦合到第四全橋拓?fù)?500)的輸入端，將第二交流電壓方波信號(hào)也耦合到第四全橋拓?fù)?500)的輸入端；第四全橋拓?fù)?500)與高頻變壓器(400)和第二電容相連，將第一交流電壓方波信號(hào)變?yōu)榈谌绷麟妷盒盘?hào)輸出到直流母線，并將第二交流電壓方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為第四直流電壓信號(hào)輸出給直流母線；第二電容與第四全橋拓?fù)?500)和直流母線(16)相連；信號(hào)調(diào)理單元(700)與公用交流電網(wǎng)(11)、儲(chǔ)能裝置(12)、第一電容、直流母線(16)和信號(hào)處理單元(600)相連，將公用交流電網(wǎng)(11)傳遞過來的交流電壓信號(hào)(Vac)和交流電流信號(hào)(Iac)分別調(diào)理成電網(wǎng)電壓信號(hào)(V#id)和電網(wǎng)電流信號(hào)(IgHd)送至信號(hào)處理單元(600);將第一電容提供的第一直流電壓信號(hào)(Vdq)調(diào)理成第一電容電壓(V。)送至信號(hào)處理單元￠00);將儲(chǔ)能裝置(12)傳遞過來的第二直流電壓信號(hào)(Vdc2)調(diào)理成儲(chǔ)能裝置電壓信號(hào)(Vstmage)送至信號(hào)處理單元(600);將流過儲(chǔ)能裝置(12)的第二直流電流信號(hào)(Idc2)調(diào)理成儲(chǔ)能裝置電流信號(hào)(Istoage)送至信號(hào)處理單元￠00);將直流母線(16)提供的第三直流電壓信號(hào)(V1)調(diào)理成直流母線電壓信號(hào)(VuJ送至信號(hào)處理單元￠00);將流過直流母線(16)的第三直流電流信號(hào)(I1)調(diào)理成直流母線電流信號(hào)(IuJ送至信號(hào)處理單元(600);信號(hào)處理單元(600)和第一全橋拓?fù)?100)、第二全橋拓?fù)?200)、第三全橋拓?fù)?300)、第四全橋拓?fù)?500)和信號(hào)調(diào)理單元(700)相連，對(duì)信號(hào)調(diào)理單元(700)傳遞過來的電網(wǎng)電壓信號(hào)(VgHd)、電網(wǎng)電流信號(hào)(IgHd)、儲(chǔ)能裝置電壓信號(hào)(Vstmage)、儲(chǔ)能裝置電流信號(hào)(Isto)、第一電容電壓信號(hào)(V、直流母線電壓信號(hào)(Vum)、直流母線電流信號(hào)(IuJ進(jìn)行處理，將處理之后的結(jié)果轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)送至第一全橋拓?fù)?100)、第二全橋拓?fù)?200)、第三全橋拓?fù)?300)和第四全橋拓?fù)?500)的脈沖輸入端； 第一全橋拓?fù)?100)由四個(gè)功率開關(guān)管組成，第一功率開關(guān)管(SI)的第二端與第二功率開關(guān)管(S2)的第二端相連，第一功率開關(guān)管(SI)的第三端連接到第三功率開關(guān)管(S3)的第二端；第二功率開關(guān)管(S2)的第二端既與第一功率開關(guān)管(SI)的第二端相連，又連接到第一電容的正極，第二功率開關(guān)管(S2)的第三端連接到第四功率開關(guān)管(S4)的第二端，并連接到公用交流電網(wǎng)的零線N;第三功率開關(guān)管(S3)的第二端連接到第一功率開關(guān)管(SI)的第三端，并連接到公用交流電網(wǎng)的火線L ;第三功率開關(guān)管(S3)的第三端連接到第四功率開關(guān)管(S4)的第三端；第四功率開關(guān)管(S4)的第二端連接到第二功率開關(guān)管(S2)的第三端，第四功率開關(guān)管(S4)的第三端既與第三功率開關(guān)管(S3)的第三端相連，又連接到第一電容的負(fù)極；第一全橋拓?fù)?100)中的功率開關(guān)管(SI)的第一端與功率開關(guān)管S4的第一端均為第一全橋拓?fù)?100)脈沖輸入端的正端Ml+,第一全橋拓?fù)?100)中的功率開關(guān)管(S2)的第一端與功率開關(guān)管(S3)的第一端均為第一全橋拓?fù)?100)脈沖輸入端的負(fù)端Ml-;第一全橋拓?fù)?100)的脈沖輸入端與信號(hào)處理單元(600)相連。 第一電容和第二電容均為鋁電解電容或鉭電解電容； 高頻變壓器(400)是一個(gè)三端口器件，由初級(jí)繞組、次級(jí)繞組和磁芯組成，其初級(jí)繞組由初級(jí)第一繞組和初級(jí)第二繞組構(gòu)成； 第二全橋拓?fù)?200)由四個(gè)功率開關(guān)管組成，第五功率開關(guān)管(S5)的第二端與第一電容的正極、第六功率開關(guān)管(S6)的第二端相連，第五功率開關(guān)管(S5)的第三端與第七功率開關(guān)管(S7)的第二端相連，并連接到高頻變壓器(400)的初級(jí)第一繞組的同名端；第六功率開關(guān)管(S6)的第二端連接到第五功率開關(guān)管(S5)的第二端，第六功率開關(guān)管(S6)的第三端與第八功率開關(guān)管(S8)的第二端相連，并連接到高頻變壓器(400)的初級(jí)第一繞組的異名端；第七功率開關(guān)管(S7)的第二端連接到第五功率開關(guān)管(S5)的第三端，第七功率開關(guān)管(S7)的第三端連接到第一電容的負(fù)極，并與第八功率開關(guān)管(S8)的第三端相連；第八功率開關(guān)管(S8)的第二端連接到第六功率開關(guān)管(S6)的第三端，第八功率開關(guān)管(S8)的第三端連接到第七功率開關(guān)管(S7)的第三端；第二全橋拓?fù)?200)中的功率開關(guān)管(S5)的第一端與功率開關(guān)管(S8)的第一端均為第二全橋拓?fù)?200)脈沖輸入端的正端(M2+),第二全橋拓?fù)?200)中的功率開關(guān)管(S6)的第一端與功率開關(guān)管(S7)的第一端均為第二全橋拓?fù)?200)形脈沖輸入端的負(fù)端(M2-);第二全橋拓?fù)?200)的脈沖輸入端與信號(hào)處理單元(600)相連； 第三全橋拓?fù)?300)由四個(gè)功率開關(guān)管組成，第九功率開關(guān)管(S9)的第二端與儲(chǔ)能裝置的正極(BAT+)、第十功率開關(guān)管(SlO)的第二端相連，第九功率開關(guān)管(S9)的第三端連接到第十一功率開關(guān)管(Sll)的第二端，并均連接到高頻變壓器(400)的初級(jí)第二繞組的同名端；第十功率開關(guān)管(SlO)的第二端連接到第九功率開關(guān)管(S9)的第二端，第十功率開關(guān)管(SlO)的第三端連接到第十二功率開關(guān)管(S12)的第二端，并連接到高頻變壓器(400)的初級(jí)第二繞組的異名端；第十一功率開關(guān)管(Sll)的第二端連接到第九功率開關(guān)管(S9)的第三端，第十一功率開關(guān)管(Sll)的第三端與儲(chǔ)能裝置的負(fù)極(BAT-)、第十二功率開關(guān)管(S12)的第三端相連；第十二功率開關(guān)管(S12)的第二端連接到第十功率開關(guān)管(SlO)的第三端，第十二功率開關(guān)管(S12)的第三端連接到第i^一功率開關(guān)管(Sll)的第三端；第三全橋拓?fù)?300)中的功率開關(guān)管(S9)的第一端與功率開關(guān)管(S12)的第一端均為第三全橋拓?fù)?300)脈沖輸入端的正端(M3+)，第三全橋拓?fù)?300)中的功率開關(guān)管(SlO)的第一端與功率開關(guān)管(Sll)的第一端均為第三全橋拓?fù)?300)形脈沖輸入端的負(fù)端(M3-);第三全橋拓?fù)?300)的脈沖輸入端與信號(hào)處理單元(600)相連； 第四全橋拓?fù)?500)由四個(gè)功率開關(guān)管組成，第十三功率開關(guān)管(S13)的第二端與直流母線的正端(LINE+)、第十四功率開關(guān)管(S14)的第二端相連，第十三功率開關(guān)管(S13)的第三端與第十五功率開關(guān)管(S15)的第二端相連，且連接到高頻變壓器(400)的次級(jí)繞組的同名端；第十四功率開關(guān)管(S14)的第二端連接到第十三功率開關(guān)管(S13)的第二端，第十四功率開關(guān)管(S14)的第三端連接到第十六功率開關(guān)管(S16)的第二端，且連接到高頻變壓器(400)的次級(jí)繞組的異名端；第十五功率開關(guān)管(S15)的第二端連接到第十三功率開關(guān)管(S13)的第三端，第十五功率開關(guān)管(S15)的第三端連接到第十六功率開關(guān)管(S16)的第三端；第十六功率開關(guān)管(S16)的第二端連接到第十四功率開關(guān)管(S14)的第三端，第十六功率開關(guān)管(S16)的第三端與第十五功率開關(guān)管(S15)的第三端、直流母線的負(fù)端(LINE-)相連；第四全橋拓?fù)?500)中的功率開關(guān)管(S13)的第一端與功率開關(guān)管(S16)的第一端均為第四全橋拓?fù)?500)脈沖輸入端的正端(M4+),第四全橋拓?fù)?500)中的功率開關(guān)管(S14)的第一端與功率開關(guān)管(S15)的第一端均為第四全橋拓?fù)?500)形脈沖輸入端的負(fù)端(M4-);第四全橋拓?fù)?500)的脈沖輸入端與信號(hào)處理單元￠00)相連； 信號(hào)處理單元(600)由數(shù)字信號(hào)處理器、4個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片組成，數(shù)字信號(hào)處理器選用具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能、定時(shí)器、Flash存儲(chǔ)器、4個(gè)以上PWM發(fā)生器的微處理器；數(shù)字信號(hào)處理器的Flash存儲(chǔ)器存有正弦函數(shù)表和固定數(shù)值D ；PWM發(fā)生器均具有超前移相控制寄存器、滯后移相控制寄存器、啟停控制寄存器；第一 PWM發(fā)生器與第一驅(qū)動(dòng)芯片相連，根據(jù)從正弦函數(shù)表獲得的正弦函數(shù)值向第一驅(qū)動(dòng)芯片輸出正弦脈沖即第一脈沖信號(hào)；第二 PWM發(fā)生器與第二驅(qū)動(dòng)芯片相連，根據(jù)固定數(shù)值D向第二驅(qū)動(dòng)芯片輸出第二脈沖信號(hào)；第三PWM發(fā)生器與第三驅(qū)動(dòng)芯片相連，根據(jù)固定數(shù)值D向第三驅(qū)動(dòng)芯片輸出第三脈沖信號(hào)；第四PWM發(fā)生器與第四驅(qū)動(dòng)芯片相連，根據(jù)固定數(shù)值D向第四驅(qū)動(dòng)芯片輸出第四脈沖信號(hào)； 驅(qū)動(dòng)芯片包括第一驅(qū)動(dòng)芯片、第二驅(qū)片、第三驅(qū)動(dòng)芯片和第四驅(qū)動(dòng)芯片；第一驅(qū)動(dòng)芯片與第一 PWM發(fā)生器和第一全橋拓?fù)?100)相連，將第一 PWM發(fā)生器傳遞過來的第一脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一正驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第一負(fù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將第一正驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞到第一全橋拓?fù)?100)脈沖輸入端的正端(Ml+)，將第一負(fù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞到第一全橋拓?fù)?100)脈沖輸入端的負(fù)端(M1-);第二驅(qū)動(dòng)芯片與第二 PWM發(fā)生器和第二全橋拓?fù)?200)相連，將第二 PWM發(fā)生器傳遞過來的第二脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二正驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第二負(fù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞到第二全橋拓?fù)?200)脈沖輸入端的正端(M2+)，將第二負(fù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞到第二全橋拓?fù)?200)脈沖輸入端的負(fù)端(M2-);第三驅(qū)動(dòng)芯片與第三PWM發(fā)生器和第三全橋拓?fù)?300)相連，將第三PWM發(fā)生器傳遞過來的第三脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成第三正驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第三負(fù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將第三正驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞給第三全橋拓?fù)?300)脈沖輸入端的正端(M3+)，將第三負(fù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞給第三全橋拓?fù)?300)脈沖輸入端的負(fù)端(M3-);第四驅(qū)動(dòng)芯片與第四PWM發(fā)生器和第四全橋拓?fù)?500)相連，將第四PWM發(fā)生器傳遞過來的第四脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成第四正驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四負(fù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將第四正驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞到第四全橋拓?fù)?500)脈沖輸入端的正端(M4+)，將第四正驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞到第四全橋拓?fù)?500)脈沖輸入端的負(fù)端(M4-)； 數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)裝有信號(hào)處理軟件； 信號(hào)調(diào)理單元(700)由I路交流電壓檢測電路、I路交流電流檢測電路、3路直流電壓檢測電路和2路直流電流檢測電路組成。
2.如權(quán)利要求1所述的面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊，其特征在于所述第一電容依據(jù)第一全橋拓?fù)?100)輸出的整流信號(hào)中的電壓信號(hào)幅值的大小及其紋波峰-峰值的大小和頻率來選??；第一電容的電容值
其中V1為整流信號(hào)的電壓信號(hào)平均值、Vrl為整流電壓信號(hào)紋波的大小、frl為整流電壓信號(hào)紋波頻率的大小、P為第一全橋拓?fù)?100)的額定功率，在數(shù)值上等于直流微電網(wǎng)中負(fù)載的最大功率和分布式電源最大功率之和；第一電容的耐壓值1.2νιο
3.如權(quán)利要求1所述的面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊，其特征在于所述
第二電容的電容值
,第二電容的耐壓值為1.2V5，其中V5為直流母線電壓的峰值大小，Vrt為電壓紋波的大小，fr2為紋波的頻率，I為第三全橋拓?fù)涞妮敵鲭娏鳌?br> 4.如權(quán)利要求1所述的面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊，其特征在于所述高頻變壓器(400)的初級(jí)第一繞組、初級(jí)第二繞組和次級(jí)繞組的匝數(shù)根據(jù)面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊的最大功率P1、高頻變壓器(400)的工作頻率fs以及高頻變壓器(400)輸出電壓和輸入電壓的大小來確定；高頻變壓器(400)初級(jí)第一繞組的匝數(shù)
，其中V2是高頻變壓器初級(jí)第一繞組的輸入電壓，fs為高頻變壓器的工作頻率，Bw是磁芯工作密度，Ae為磁芯有效工作面積；次級(jí)繞組匝數(shù)
，其中V3是高頻

變壓器(400)次級(jí)繞組兩端的電壓；初級(jí)第二繞組的匝數(shù)
，其中V4是高頻變壓器初級(jí)第二繞組的輸入電壓；高頻變壓器(400)中所使用的磁芯采用ETD型的錳鋅鐵氧體磁芯。
5.如權(quán)利要求1所述的面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)芯片的輸出電壓、輸出電流與驅(qū)動(dòng)芯片所連接的功率開關(guān)管門極閾值電壓和所需的驅(qū)動(dòng)電流相關(guān)，在選取驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)其輸出電壓應(yīng)大于或等于所連接功率開關(guān)管的門極閾值電壓，輸出電流應(yīng)大于或等于所連接的功率開關(guān)管的門極閾值電流。
6.如權(quán)利要求1所述的面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊，其特征在于所述信號(hào)處理軟件的流程為: 第一步，初始化并判定本發(fā)明模塊的工作模式: .1.1初始化數(shù)字信號(hào)處理器的工作頻率fg，通過將從正弦函數(shù)表獲得的正弦函數(shù)值賦值給第一 PWM發(fā)生器的占空比控制寄存器，將第一 PWM發(fā)生器設(shè)定為正弦脈沖即第一脈沖信號(hào)輸出；通過將固定數(shù)值D賦值給第二 PWM發(fā)生器、第三PWM發(fā)生器和第四PWM發(fā)生器的占空比控制寄存器，分別將第二 PWM發(fā)生器設(shè)定為固定占空比的第二脈沖信號(hào)輸出，第三PWM發(fā)生器設(shè)定為固定占空比的第三脈沖信號(hào)輸出，第四PWM發(fā)生器設(shè)定為固定占空比的第四脈沖信號(hào)輸出；將數(shù)值fs賦值給第二 PWM發(fā)生器、第三PWM發(fā)生器和第四PWM發(fā)生器的頻率控制寄存器，使第二 PWM發(fā)生器、第三PWM發(fā)生器和第四PWM發(fā)生器產(chǎn)生脈沖的頻率為fs ;將固定數(shù)值S賦值給定時(shí)器，將定時(shí)時(shí)長設(shè)定為Ts,其中Ts = S/fg ;fg是數(shù)字信號(hào)處理器的工作頻率，在設(shè)置時(shí)應(yīng)預(yù)估信號(hào)處理軟件流程所需執(zhí)行語句的條數(shù)Y，S應(yīng)大于1.Ti .1.2初始化定時(shí)器為0，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)；.1.3數(shù)字信號(hào)處理器讀取由信號(hào)調(diào)理單元(700)傳遞過來的電網(wǎng)電壓信號(hào)(VgHd)、電網(wǎng)電流信號(hào)(Ifid)、儲(chǔ)能裝置電壓信號(hào)(V—)、儲(chǔ)能裝置電流信號(hào)(Istorage)、第一電容電壓信號(hào)(V。)、直流母線電壓信號(hào)(Vum)、直流母線電流信號(hào)(Ium)； . 1.4判斷Vmin < Vgrid < Vmax是否成立，其中Vmax為公用電網(wǎng)所允許工作的最大值，Vmin為公用電網(wǎng)所允許工作的最小值，若成立，則本模塊工作于并網(wǎng)模式，跳轉(zhuǎn)至第二步，若不成立，則本模塊工作于孤島模式，跳轉(zhuǎn)至第五步； 第二步，面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊工作于并網(wǎng)模式: .2.1根據(jù)Pt = VlineIline-VgridIgrid計(jì)算本發(fā)明在并網(wǎng)模式下傳遞能量的大小Pt ；
.2.2根據(jù)
得到第二脈沖信號(hào)的移相角度其中L是高頻變壓器(400)的自
身漏感，是一個(gè)固定的參數(shù)； .2.3判斷-<0是否成立，若成立，跳轉(zhuǎn)至第三步，若不成立則跳轉(zhuǎn)至第四步； 第三步，面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊工作于并網(wǎng)饋能模式:. 3.1將第二脈沖的移相角度^賦值給第二 PWM發(fā)生器超前移相控制寄存器； .3.2將I賦值給第一 PWM發(fā)生器、第二 PWM發(fā)生器和第四PWM發(fā)生器的啟?？刂萍拇嫫鳎沟谝?PWM發(fā)生器、第二 PWM發(fā)生器和第四PWM發(fā)生器開始工作； . 3.3判斷定時(shí)器是否大于Ts，若大于則跳轉(zhuǎn)至1.2步，若小于或等于則跳轉(zhuǎn)至3.4步； . 3.4定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)，跳轉(zhuǎn)至3.3 ； 第四步，面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊工作在并網(wǎng)下公用電網(wǎng)供能模式: .4.1將移相角度f賦值給第二 PWM發(fā)生器滯后移相控制寄存器，并將固定移相角.9c = 0.5/,賦值給第一 PWM發(fā)生器的滯后移相控制器； .4.2將I賦值給第一 PWM發(fā)生器、第二 PWM發(fā)生器和第四P麗發(fā)生器的啟?？刂萍拇嫫鳎沟谝?PWM發(fā)生器、第二 PWM發(fā)生器和第四PWM發(fā)生器開始工作； . 4.3判斷定時(shí)器是否大于Ts，若大于則跳轉(zhuǎn)至1.2步，若小于或等于則跳轉(zhuǎn)至4.4步； . 4.4定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)，跳轉(zhuǎn)至4.3 ； 第五步，面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊工作在孤島模式: .5.1根據(jù)Pt’ = VlineIline-VstorageIstorage計(jì)算本發(fā)明在孤島模式下傳遞能量的大小Pt’ ；
.5.2根據(jù)
得到移相角度φ；

. 5.3判斷#<0是否成立，若成立，則跳轉(zhuǎn)至第六步;若不成立則跳轉(zhuǎn)至第七步； 第六步，面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊工作于孤島下儲(chǔ)能裝置供能模式: .6.1將第三脈沖信號(hào)的移相角度武值給第三PWM發(fā)生器超前移相控制寄存器； . 6.2將I賦值給第三PWM發(fā)生器、第四PWM發(fā)生器的啟?？刂萍拇嫫?，使第三PWM發(fā)生器和第四PWM發(fā)生器開始工作； . 6.3判斷定時(shí)器是否大于Ts，若大于則跳轉(zhuǎn)至1.2步，若小于或等于則跳轉(zhuǎn)至6.4步； 6.4定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)，跳轉(zhuǎn)至6.3 ； 第七步，面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊工作于孤島下儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)能模式: 7.1將第三脈沖信號(hào)的移相角度#賦值給第三PWM發(fā)生器滯后移相控制寄存器； 7.2將I賦值給第三PWM發(fā)生器、第四PWM發(fā)生器的啟停控制寄存器，使第三PWM發(fā)生器和第四PWM發(fā)生器開始工作； 7.3判斷定時(shí)器是否大于Ts，若大于則跳轉(zhuǎn)至1.2步，若小于或等于則跳轉(zhuǎn)至7.4步； 7.4定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)之后跳轉(zhuǎn)至7.3。
7.如權(quán)利要求1所述的面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理單元(700)輸入電壓的范圍應(yīng)滿足:所允許輸入的交流電壓范圍應(yīng)大于交流信號(hào)(Vac)的峰值，所允許輸入的直流電壓范圍應(yīng)大于第一直流電壓信號(hào)(Vdci)、第二直流電壓信號(hào)(Vdk)、第三直流電壓信號(hào)(VDra)的最大值；輸入電流的范圍應(yīng)滿足:所允許輸入的交流電流應(yīng)大于交流電流(Iac)的峰值，所允許輸入的直流電流應(yīng)大于第二直流電流信號(hào)(Irc2)、第三直流電流信號(hào)(Idk)的最大值。輸出電壓和電流應(yīng)小于所連接的模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(數(shù)字信號(hào)處理器自帶)所允許的輸入的電壓和電流值。
8.如權(quán)利要求1或2所述的面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊，其特征在于所述第一至第十二功率開關(guān)管為場效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙極型晶體管IGBT ;若功率開關(guān)管選用IGBT功率開關(guān)管，則功率開關(guān)管的第一端為IGBT的門極，功率開關(guān)管第二端為IGBT的集電極，功率開關(guān)管第三端為IGBT的發(fā)射極；若選擇場效應(yīng)晶體管為功率開關(guān)管，則功率開關(guān)管的第一端為場效應(yīng)晶體管的柵極，功率開關(guān)管第二端為場效應(yīng)晶體管的漏極，功率開關(guān)管第三端為場效應(yīng)晶體管的源極。
9.如權(quán)利要求1所述的面向直流微電網(wǎng)的三端口直流母線穩(wěn)壓模塊，其特征在于所述固定數(shù)值D = 50%。
【文檔編號(hào)】H02M3/28GK104134991SQ201410417518
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】張濤, 劉寶龍, 陳世明, 查亞兵, 黃卓, 雷洪濤, 張彥 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)