[发明专利]具有三个输入源的中间电容式升压型直流变换器及方法

说明书

本发明公开了一种具有三个输入源的中间电容式升压型直流变换器及方法，该直流变换器包括第一输入电源、第二输入电源、第三输入电源、Ⅰ级buck‑boost电路、Ⅱ级buck‑boost电路、Ⅲ级buck‑boost电路和Ⅳ级buck‑boost电路；第一输入电容与第一输入电源并联；第二输入电源的正极与第一输出电容和第二输入电容的连接点连接，第二输入电源的负极与第三输入电容和第二输出电容的连接点连接，第四输入电容与第三输入电源并联；I级buck‑boost电路控制第一输入电源向第一输出电容传输能量，Ⅳ级buck‑boost电路控制第三输入电源向第二输出电容传输能量，Ⅱ级buck‑boost电路和Ⅲ级buck‑boost电路控制第二输入电源分配给第一输出电容和第二输出电容能量的大小，平衡直流变换器输出电压。

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换技术领域，具体涉及一种具有三个输入源的中间电容式升压型直流变换器及其控制方法。

背景技术

21世纪以来，能源危机的问题越来越严重，可再生能源是各国的研究热题。常见的新能源发电并网变换器有单级式和两级式结构，单级式结构拓扑简单，成本较低，但需要输入电源具有较高的电压，以满足并网电压的要求，而两级式结构可以通过前级结构升压和能量管理，提高并网系统的可控性，但额外的结构会提高成本和引入损耗。

为了降低成本和提高效率，基于新能源发电的两级式变换器正向大功率容量、高电压等级方向发展。随着功率容量的增大，就需要将传统变换器进行并联或串联。传统的交错并联boost电路将两个boost电路进行并联以减小流过每个器件的电流，提高变换器的容量，但该结构没有改变器件的电压应力，因此很难应用于较高的电压等级。随着电压等级的提高，三电平boost电路被广泛应用，因为它可以将器件的电压应力降低为输出电压的一半，但是它的升压比和传统的boost电路相同，电压增益不够高，且器件的电流应力依然较高。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种具有三个输入源的中间电容式升压型直流变换器及方法，该直流变换器可以同时接入三个独立可变的直流电源，并对其输出电压、电流实现控制，使整个直流变换器能够输出较高的直流电压；此外，该结构大幅降低了器件的电压、电流应力，从而降低了整个直流变换器的工作损耗，提高了工作效率；且该结构作为前级结构时，可以通过管理三个电源输出能量的传输来平衡直流电压，抑制中性点电压偏移；其后级可以连接直流负载、两电平逆变器和三电平逆变器，当连接三电平逆变器时，能够降低交流输出波形的谐波含量和EMI，提高并网电能质量。

本发明所采用的技术方案是：

一种具有三个输入源的中间电容式升压型直流变换器，包括第一输入电源、第二输入电源、第三输入电源、由第一输入电容、第一输出电容、第一可控功率开关、第一储能电感和第一功率二极管组成的Ⅰ级buck-boost电路、由第二输入电容、第一输出电容、第二可控功率开关、第二储能电感和第二功率二极管组成的Ⅱ级buck-boost电路、由第三输入电容、第二输出电容、第三可控功率开关、第三储能电感和第三功率二极管组成的Ⅲ级buck-boost电路和由第四输入电容、第二输出电容、第四可控功率开关、第四储能电感和第四功率二极管组成的Ⅳ级buck-boost电路；

所述第一输入电容与所述第一输入电源并联，所述第一输入电容、第一输出电容、第二输入电容、第三输入电容、第二输出电容和第四输入电容依次串联连接；所述第二输入电源的正极与第一输出电容和第二输入电容的连接点连接，所述第二输入电源的负极与第三输入电容和第二输出电容的连接点连接，所述第四输入电容与所述第三输入电源并联，所述I级buck-boost电路控制所述第一输入电源向所述第一输出电容传输能量，所述Ⅳ级buck-boost电路控制所述第三输入电源向所述第二输出电容传输能量，所述Ⅱ级buck-boost电路和所述Ⅲ级buck-boost电路控制所述第二输入电源分配给所述第一输出电容和所述第二输出电容能量的大小，平衡直流变换器输出电压。