一種基于交錯升降壓電路的電壓平衡器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力電子應(yīng)用技術(shù)、電力電子變換器的控制技術(shù)和分布式供配電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于交錯升降壓電路的電壓平衡器，用于構(gòu)造中性線和解決正負極性負載的不平衡問題，屬于直流/直流變換技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微電網(wǎng)是一種有效利用分布式電源的配電形式，隨著分布式電源(如太陽能電池、燃料電池、風(fēng)力機、燃氣輪機和沼氣發(fā)電等)的發(fā)展，有關(guān)微電網(wǎng)系統(tǒng)的研究引起了諸多學(xué)術(shù)機構(gòu)的重視。相比于交流微網(wǎng)，直流微電網(wǎng)更加方便于分布式電源的接入，由于不存在分布式電源間的同步和無功功率流動等問題，且更加高效節(jié)能，隨著柔性直流輸電的快速發(fā)展而逐漸引起了越來越多國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。
[0003]目前，各研究機構(gòu)雖然開始深入研究直流微網(wǎng)，但他們對直流微電網(wǎng)的概念、結(jié)構(gòu)和電壓等級等還沒有形成統(tǒng)一的標準。其中采用雙極性母線配電的直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是一種典型的、高效的直流配電形式。在直流微網(wǎng)中有各種形式的負載，這些負載可以直接接入直流母線或者通過不同形式的變換器接入直流母線，為了便于不同電壓等級負載的接入，可以采用雙極性直流母線的配電形式。為了滿足雙極性直流母線供電需要，通常在直流電網(wǎng)進入用戶時會接入一個獨立的電壓平衡器來構(gòu)造一根中性線，以三線制的配電形式進入用戶端，以提高直流微電網(wǎng)的靈活性、安全性和可靠性。
[0004]然而，基于目前有限的電壓平衡器結(jié)構(gòu)，其高壓端和低壓端的電流紋波較大，需要較大的濾波電容。這增加了電壓平衡器的成本，影響了平衡器的動態(tài)性能，縮減了其使用壽命。因此，研究和發(fā)明低紋波電流電壓平衡器是十分有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于實現(xiàn)直流微電網(wǎng)的雙極性母線配電形式，以方便不同電壓等級負載的接入，提高電能使用效率，同時解決母線與中性線之間的負載不平衡問題。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種基于交錯升降壓電路的電壓平衡器，包括直流鏈路、雙向交錯升降壓變換器、輸出濾波電路及負載，所述雙向交錯升降壓變換器的正極端和負極端分別掛接在直流鏈路的正電勢鏈路和負電勢鏈路上，所述雙向交錯升降壓變換器的公共端與輸出濾波電路的電容公共端連接構(gòu)成中性線，由此構(gòu)成雙極性母線的配電形式。
[0007]所述直流鏈路包括正電勢鏈路、負電勢鏈路和解耦電容，所述解耦電容的陽極和陰極分別跨接在和上。
[0008]所述雙向交錯升降壓變換器由第一升降壓電路和第二升降壓電路組成，所述第一升降壓電路由第一電感、第一開關(guān)管和第二開關(guān)管組成，所述第二升降壓電路由第二電感、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管組成；所述第一開關(guān)管的漏極與正電勢鏈路相連，源極與第二開關(guān)管的漏極對接，第二開關(guān)管的源極與負電勢鏈路相連，第一電感一端與第二開關(guān)管的漏極對接，另一端與第一濾波電容的陰極相連，所述第三開關(guān)管的漏極與正電勢鏈路相連，源極與第四開關(guān)管的漏極對接，第四開關(guān)管的源極與負電勢鏈路相連，第二電感一端與第四開關(guān)管的漏極對接，另一端與第一濾波電容的陰極相連。
[0009]所述輸出濾波電路包括第一濾波電容和第二濾波電容，所述第一濾波電容和第二濾波電容串聯(lián)，第一濾波電容的陽極掛接在正電勢鏈路上，第二濾波電容的陰極掛接在負電勢鏈路上，所述雙向交錯升降壓變換器的公共端，即第一電感和第二電感的公共端與輸出濾波電路的電容公共端連接構(gòu)成中性線，由此結(jié)合正電勢鏈路和負電勢鏈路母線構(gòu)成雙極性母線的配電形式。
[0010]所述負載包括兩類負載:平衡性負載和不平衡性負載，所述平衡性負載掛接在正電勢鏈路和負電勢鏈路之間，第一不平衡性負載掛接在正電勢鏈路與中性線之間，第二不平衡性負載掛接在負電勢鏈路與中性線之間。
[0011]所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管工作于互補PffM驅(qū)動模式，所述第三開關(guān)管和第四開關(guān)管也工作于互補PWM驅(qū)動模式，使得所有開關(guān)管在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)零電壓開通，以減小開關(guān)損耗。
[0012]所述第一開關(guān)管和第三開關(guān)管采用相差180°的交錯控制，所述的第二開關(guān)管和第四開關(guān)管也采用相差180°的交錯控制，有效減小了平衡器高壓側(cè)的直流鏈路脈動電流，進而減小直流鏈路上解耦電容的容量。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著的優(yōu)點:
本發(fā)明平衡器采用交錯控制技術(shù)，便于增加功率等級的同時能有效減小直流鏈路的電流脈動，進而減小直流鏈路上解耦電容大小。同時，該發(fā)明的電壓平衡器理論上流過中性點的電流零紋波，大大減小濾波電容的大小。本發(fā)明適用于直流微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)，也適用于艦船和飛機上的雙極型母線配電供電系統(tǒng)，尤其適用于對體積要求苛刻的航天直流配電系統(tǒng)中。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的基于雙向交錯升降壓電路的電壓平衡器主電路圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的基于雙向交錯升降壓電路的電壓平衡器不平衡性負載R1 >盡且電感電流恒大于O模式的等效電路圖。
[0016]圖3為本發(fā)明的基于雙向交錯升降壓電路的電壓平衡器不平衡性負載R1 >盡且電感電流恒大于O模式下仿真得到的主要工作原理波形圖。
[0017]圖4為本發(fā)明的基于雙向交錯升降壓電路的電壓平衡器不平衡性負載R1 <盡且電感電流恒小于O模式的等效電路圖。
[0018]圖5為本發(fā)明的基于雙向交錯升降壓電路的電壓平衡器不平衡性負載R1 <盡且電感電流恒小于O模式下仿真得到的主要工作原理波形圖。
[0019]圖6為本發(fā)明的基于雙向交錯升降壓電路的電壓平衡器不平衡性負載R1 >盡且電感電流平均值大于O (有正反向電流)模式的等效電路圖。
[0020]圖7為本發(fā)明的基于雙向交錯升降壓電路的電壓平衡器不平衡性負載R1 >盡且電感電流平均值大于O (有正反向電流)模式下仿真得到的主要工作原理波形圖。
[0021]圖8為本發(fā)明的基于雙向交錯升降壓電路的電壓平衡器不平衡性負載R1 <盡且電感電流平均值小于O (有正反向電流)模式的等效電路圖。
[0022]圖9為本發(fā)明的基于雙向交錯升降壓電路的電壓平衡器不平衡性負載R1 <盡且電感電流平均值小于O (有正反向電流)模式下仿真得到的主要工作原理波形圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例，對本發(fā)明做詳細說明。
[0024]實施例一:
如圖1所示，一種基于交錯升降壓電路的電壓平衡器，包括直流鏈路1、雙向交錯升降壓變換器2、輸出濾波電路3及負載4，所述雙向交錯升降壓變換器2的正極端和負極端分別掛接在直流鏈路I的正電勢鏈路DC+和負電勢鏈路DC-上，所述雙向交錯升降壓變換器2的公共端與輸出濾波電路3的電容公共端連接構(gòu)成中性線，由此構(gòu)成雙極性母線的配電形式。
[0025]所述直流鏈路I包括正電勢鏈路DC+、負電勢鏈路DC-和解耦電容C,所述解耦電容雄]陽極和陰極分別跨接在DC+和DC-上。
[0026]所述雙向交錯升降壓變換器2由第一升降壓電路和第二升降壓電路組成，所述第一升降壓電路由第一電感A、第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管s 2組成，所述第二升降壓電路由第二電感4、第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管s4組成；所述第一開關(guān)管s i的漏極與正電勢鏈路DC+相連，源極與第二開關(guān)管S2的漏極對接，第二開關(guān)管S2的源極與負電勢鏈路DC-相連，第一電感A—端與第二開關(guān)管S2的漏極對接，另一端與第一濾波電容C1的陰極相連，所述第三開關(guān)管S3的漏極與正電勢鏈路DC+相連，源極與第四開關(guān)管S4的漏極對接，第四開關(guān)管S4的源極與負電勢鏈路DC-相連，第二電感厶一端與第四開關(guān)管S 4的漏極對接，另一端與第一濾波電容G的陰極相連。
[0027]所述輸出濾波電路3包括第一濾波電容C1和第二濾波電容^所述第一濾波電容C1和第二濾波電容C2串聯(lián)，第一濾波電容C1的陽極掛接在正電勢鏈路DC+上，第二濾波電容C2的陰極掛接在負電勢鏈路DC-上，所述雙向交錯升降壓變換器2的公共端，即第一電感A和第二電感厶的公共端與輸出濾波電路3的電容公共端連接構(gòu)成中性線厶，由此結(jié)合正電勢鏈路DC+和負電勢鏈路DC-母線構(gòu)成雙極性母線的配電形式。
[0028]所述負載4包括兩類負載:平衡性負載財P不平衡性負載IA，R2,所述平衡性負載A掛接在正電勢鏈路DC+和負電勢鏈路DC-之間，第一不平衡性負載$掛接在正電勢鏈路DC+與中性線厶之間，第二不平衡性負載盡掛接在負電勢鏈路DC-與中性線Zn之間。
[0029]實施例二:
下面結(jié)合圖2-9敘述本優(yōu)選實施例的具體工作原理:(基于雙向交錯升降壓電路的平衡器采用互補PWM驅(qū)動方式進行交錯控制，第一相升降壓電路的控制信號和第二路升降壓電路的控制信號相差180°。則第一開關(guān)管S1和第三開關(guān)管s 3的驅(qū)動信號相差180°，則第二開關(guān)管S2和第四開關(guān)管S 4的驅(qū)動信號相差180° ;第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2的驅(qū)動信號互補且有一定的死區(qū)，第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S 4的驅(qū)動信號互補且有一定的死區(qū)。)
如圖2所示，為本優(yōu)選實施例負載>盡，且電感電流恒大于O模式的等效電路圖。其中a圖(S1=S4=1，S2=S3=0)為第一開關(guān)管S1開通，第四開關(guān)管S 4對應(yīng)的二極管正向續(xù)流時的等效電路圖；其中b圖(S1=S4=0，S2=S3=1)為