本發(fā)明涉及分布式氫燃料電池并網(wǎng)，尤其涉及一種用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器及變流器。

背景技術(shù)：

1、隨著分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)逐漸成為當(dāng)前氫能發(fā)電的重要場景，如何保證氫燃料電池穩(wěn)定地與直流微網(wǎng)相連接并保證連接的穩(wěn)定性成為了當(dāng)前亟需解決的問題，因此，必須完善分布式電源并網(wǎng)接口的控制，加強(qiáng)諧波治理，優(yōu)化電能質(zhì)量，輔助提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2、氫燃料電池系統(tǒng)作為一種典型的輸出特性較軟的分布式能源系統(tǒng)，其輸出體現(xiàn)為電壓較小且變化較大的直流電，無法直接為逆變橋提供穩(wěn)定且高額的電壓以轉(zhuǎn)換為所需的交流電。2004年，彭方正教授提出了一種z源逆變器，它使用了一個(gè)獨(dú)特的x型阻抗網(wǎng)絡(luò)連接輸入側(cè)和逆變橋，在直通狀態(tài)下輸入端和電容一起為電感充磁；在非直通狀態(tài)下電感去磁，通過控制直通狀態(tài)持續(xù)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)升壓功能，故該逆變器有著升壓逆變的效果，克服了傳統(tǒng)逆變器只能逆變不能升壓的問題。然而，僅靠傳統(tǒng)的z源逆變器仍然無法適應(yīng)燃料電池寬范圍的輸出特性，導(dǎo)致非直通狀態(tài)的橋臂的上下兩端電壓波動(dòng)頻繁，同時(shí)還存在著啟動(dòng)時(shí)有沖擊電流的問題?，F(xiàn)有技術(shù)通過限流電阻來抑制沖擊電流，通過升壓變壓器來升高電壓，以克服z源逆變器升壓能力不足和啟動(dòng)時(shí)有沖擊電流的問題。然而，現(xiàn)有技術(shù)中仍存在直流側(cè)電壓波動(dòng)頻繁不穩(wěn)定，燃料電池電壓波動(dòng)大影響電能質(zhì)量的問題尚未解決。

3、因此，亟需一種新的技術(shù)方案，用以解決現(xiàn)有技術(shù)存在直流側(cè)電壓不穩(wěn)定，氫燃料電池電壓波動(dòng)大影響電能質(zhì)量的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器及變流器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)存在直流側(cè)電壓不穩(wěn)定，氫燃料電池電壓波動(dòng)大影響電能質(zhì)量的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器，變換器的輸入端連接至直流電源，輸出端連接至逆變橋；直流電源包括氫燃料電池；包括：z源網(wǎng)絡(luò)，二極管d0、d1和d2，電容c3和c4，電感l(wèi)3以及開關(guān)管s7和s8；z源網(wǎng)絡(luò)包括l1、l2、c1和c2；

3、z源網(wǎng)絡(luò)的輸出正極與d0的負(fù)極、s7的正極以及d1的正極相連，輸出負(fù)極與s7、c3以及c4的負(fù)極相連；c3的正極與d1的負(fù)極和s8的正極相連，c3的負(fù)極與d2的正極相連；s8的負(fù)極與d2的負(fù)極和l3的正極相連；c4的正極與l3的負(fù)極相連，c4的正極還用于連接逆變橋輸入正極，c4的負(fù)極還用于連接逆變橋輸入負(fù)極；d0的正極用于連接至直流電源正極；z源網(wǎng)絡(luò)的輸出負(fù)極還用于連接至直流電源負(fù)極；

4、s7和s8用于根據(jù)預(yù)設(shè)的占空比進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)斷，使變換器在預(yù)設(shè)開關(guān)周期的劃分區(qū)間內(nèi)分別形成第一支路、第二支路、第三支路或第四支路其中之一，進(jìn)而完成dc-dc穩(wěn)壓。

5、優(yōu)選的，使變換器在預(yù)設(shè)工作周期的劃分區(qū)間內(nèi)分別形成第一支路、第二支路、第三支路或第四支路其中之一，進(jìn)而完成dc-dc穩(wěn)壓包括：

6、dc-dc穩(wěn)壓包括先后銜接的升壓過程和降壓過程：

7、升壓過程包括：變換器形成支路的順序包括交替連續(xù)的第一模式和第二模式；第一模式包括形成交替連續(xù)的第一支路和第二支路，第二模式包括形成交替連續(xù)的第三支路和第四支路；

8、降壓過程包括：變換器形成支路的順序包括交替連續(xù)的第三模式和第四模式；第三模式包括形成交替連續(xù)的第一支路和第三支路，第二模式包括形成交替連續(xù)的第二支路和第四支路。

9、優(yōu)選的，交替連續(xù)包括兩種情形：

10、假設(shè)交替連續(xù)中包括a和b兩者；

11、情形一：由a作為起始開始連續(xù)交替；

12、情形二：由b作為起始開始連續(xù)交替。

13、優(yōu)選的，第一支路包括：

14、變換器中s7導(dǎo)通，s8關(guān)斷，形成第一支路；

15、第一支路內(nèi)各元件狀態(tài)包括：d0和d1關(guān)斷，d2導(dǎo)通；l1和l2放電為c1和c2充電；l3放電為c4充電；c3儲(chǔ)能。

16、優(yōu)選的，第二支路包括：

17、變換器中s7和s8均導(dǎo)通，形成第二支路；

18、第二支路內(nèi)各元件狀態(tài)包括：d0、d1和d2均關(guān)斷；l1和l2放電為c1和c2充電；c3放電為l3充電；l3放電為c4充電，c4放電用于供給逆變橋。

19、優(yōu)選的，第三支路包括：

20、變換器中s7和s8均關(guān)斷，形成第三支路；

21、第三支路內(nèi)各元件狀態(tài)包括：d0、d1和d2均導(dǎo)通；直流電源為l1和l2充電；c1和c2放電為c3充電；l3放電為c4充電。

22、優(yōu)選的，第四支路包括：

23、變換器中s7關(guān)斷，s8導(dǎo)通，形成第四支路；

24、第四支路內(nèi)各元件狀態(tài)包括：d0和d1導(dǎo)通，d2關(guān)斷；直流電源為l1和l2充電；c1和c2放電為c3充電；c3放電為l3充電,；l3放電為c4充電；c4放電用于供給逆變橋。

25、優(yōu)選的，還包括：

26、假設(shè)開關(guān)周期為ts，c3的參考電壓為vc3c，則d1可通過如下關(guān)系式進(jìn)行表示：

27、d1＝(kp1+ki1/s)(vc3c-vc3)

28、其中，kp1和ki1分別表示電容c3的閉環(huán)控制回路的比例系數(shù)和積分系數(shù)；

29、假設(shè)開關(guān)周期為ts，c4的參考電壓為vc4c，則d2可通過如下關(guān)系式進(jìn)行表示：

30、d2＝(kp2+ki2/s)(vc4c-vc4)

31、其中，kp2和ki2分別表示電容c4的閉環(huán)控制回路的比例系數(shù)和積分系數(shù)；

32、將d1和d2分別與開關(guān)周期為ts的三角載波進(jìn)行比較，通過pwm技術(shù)分別控制s7，s8的開通與關(guān)斷狀態(tài)。

33、還提供了一種變流器，變流器至少包括本發(fā)明的用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器。

34、本發(fā)明具有以下有益效果：

35、本發(fā)明的用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器，改進(jìn)了基于z源網(wǎng)絡(luò)的dc/dc拓?fù)?，使得本發(fā)明的變換器可適用于輸出電壓波動(dòng)范圍大、響應(yīng)速度慢的分布式燃料電池并網(wǎng)系統(tǒng)。由于未加入傳統(tǒng)并網(wǎng)系統(tǒng)中的直流升壓環(huán)節(jié)，但能同時(shí)達(dá)到升壓逆變的功能，簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了投入成本，提高了分布式燃料電池并網(wǎng)的可靠性。

36、本發(fā)明的變流器，包括本發(fā)明的用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器，與本發(fā)明的變換器具備相同的技術(shù)效果。

37、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

技術(shù)特征：

1.一種用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器，所述變換器的輸入端連接至直流電源，輸出端連接至逆變橋；所述直流電源包括氫燃料電池；其特征在于，包括：z源網(wǎng)絡(luò)，二極管d0、d1和d2，電容c3和c4，電感l(wèi)3以及開關(guān)管s7和s8；所述z源網(wǎng)絡(luò)包括l1、l2、c1和c2；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器，其特征在于，使所述變換器在預(yù)設(shè)工作周期的劃分區(qū)間內(nèi)分別形成第一支路、第二支路、第三支路或第四支路其中之一，進(jìn)而完成dc-dc穩(wěn)壓包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器，其特征在于，所述交替連續(xù)包括兩種情形：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器，其特征在于，所述第一支路包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器，其特征在于，所述第二支路包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器，其特征在于，所述第三支路包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器，其特征在于，所述第四支路包括：

8.根據(jù)權(quán)利要1至7任一項(xiàng)所述的用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器，其特征在于，還包括：

9.一種變流器，其特征在于，所述變流器至少包括權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的用于氫燃料電池的改進(jìn)型z源網(wǎng)絡(luò)dc-dc變換器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于氫燃料電池的改進(jìn)型Z源網(wǎng)絡(luò)DC?DC變換器，變換器的輸入端連接至直流電源，輸出端連接至逆變橋；直流電源包括氫燃料電池；包括：Z源網(wǎng)絡(luò)，二極管D<subgt;0</subgt;、D<subgt;1</subgt;和D<subgt;2</subgt;，電容C<subgt;3</subgt;和C<subgt;4</subgt;，電感L<subgt;3</subgt;以及開關(guān)管S<subgt;7</subgt;和S<subgt;8</subgt;；Z源網(wǎng)絡(luò)包括L<subgt;1</subgt;、L<subgt;2</subgt;、C<subgt;1</subgt;和C<subgt;2</subgt;；Z源網(wǎng)絡(luò)的輸出正極與D<subgt;0</subgt;的負(fù)極、S<subgt;7</subgt;的正極以及D<subgt;1</subgt;的正極相連，輸出負(fù)極與S<subgt;7</subgt;、C<subgt;3</subgt;以及C<subgt;4</subgt;的負(fù)極相連；C<subgt;3</subgt;的正極與D<subgt;1</subgt;的負(fù)極和S<subgt;8</subgt;的正極相連，C<subgt;3</subgt;的負(fù)極與D<subgt;2</subgt;的正極相連；S<subgt;8</subgt;的負(fù)極與D<subgt;2</subgt;的負(fù)極和L<subgt;3</subgt;的正極相連；C<subgt;4</subgt;的正極與L<subgt;3</subgt;的負(fù)極相連，C<subgt;4</subgt;的正極還用于連接逆變橋輸入正極，C<subgt;4</subgt;的負(fù)極還用于連接逆變橋輸入負(fù)極；D<subgt;0</subgt;的正極用于連接至直流電源正極；Z源網(wǎng)絡(luò)的輸出負(fù)極還用于連接至直流電源負(fù)極。還公開了一種變流器。

技術(shù)研發(fā)人員：姜飛,湯昊,何桂雄,華東,裴翔羽,賀銳智
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長沙理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26