[发明专利]一种基于低电压纹波交错并联高增益变换器的自动均流控制方法

说明书

本发明针对低电压纹波交错并联高增益直流变换器在传统交错并联控制方法下低占空比情况不均流导致电压增益范围有限问题，提出了一种基于交错并联高增益直流变换器自动均流控制方法。该控制方法基于交错并联相开关电容的安秒平衡原理，通过改变中间升压电容的充放电时间，改变各相电感电流的大小实现各相电感电流均分。该均流控制方法在原电路工作模态的基础上并未引入新的工作模态，同时不需要依靠电流传感器进行均流补偿反馈，也无需增加的控制自由度，而是在传统交错并联控制方法的基础上，通过调整各交错并联相的占空比及移相角度，实现了交错并联高增益直流变换器在低占空比时主动均流，扩展了变换器输入输出变比可调范围，使其能够适用于宽输入输出场合，是一种经济可行的解决方案。

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体涉及交错并联高电压增益DC-DC变换器的均流控制技术应用，尤其是在以新能源发电为背景的高压大功率电储能系统变换器的技术领域。

背景技术

随着现代社会工业化进程的加快，人类对能源的需求日益增加，利用光伏发电和氢能发电的新能源发电技术得到了广泛的应用。但是，光伏和燃料电池通常得到的是低压大电流的直流电，难以被直接利用，往往需要通过高增益直流变换器进行升压得到符合负载需求的电压等级。同时，在电池储能系统中，通常采用双级式拓扑结构的储能变流系统，传统的半桥式双向DC-DC变换器最大电压增益一般在4-5倍，难以满足工业中高电压大功率等级负载的需求，所以往往采用交错并联技术将多个电源模块并联运行以满足大功率应用场合的需要，但是交错并联结构由于其结构、元件制造工艺等实际中的非理想因素的影响，导致各并联相的电流不均分问题，导致变换器的电压应力增大，传输效率降低。因此，为保证交错并联结构的变换器能够正常工作，需要采取合适的均流控制方法，使变换器并联相电流能自动平衡，实现自动均流。为实现交错并联结构变换器输入电流均分，国内外相关研究者在交错并联变换器的均流技术的研究整体上可分为两大类：下垂法和有源均流法。下垂法为开环控制，具有简单易于实现的优点，但均流效果较差。有源均流法均流效果较好，但使用高精度的电流传感器造成成本较高，同时需要对传感器进行定期的维护和校正。当前无电流传感器的有源均流控制技术成为研究热点，但现有的无电流传感器均流控制往往存在着计算复杂、设备成本高的缺点难以应用于工程中。综上所述，现有基于交错并联变换器的均流控制方法在实际应用中仍存在着许多技术问题需要解决。

发明内容

为了克服低电压纹波交错并联高电压增益变换器采用传统交错并联控制在占空比小于 2/3的工作区间内各相输入电流不均分，导致变换器升压范围有限问题，本发明针对该变换器在低占空比范围内各相电流不均分使变换器电压变比范围窄的问题提供了一种无任何外加辅助设备的自动均流控制方法，以解决相关技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在低占空比的不均流工作区间，通过修改某个交错相开关管驱动信号的占空比和移相角度，调整开关电容充电时间与放电时间，使电流大小发生改变实现均分，并保持电路较于传统升压变换器三倍电压增益的特性。该均流控制方法基于变换器开关管驱动信号占空比和移相角度，不需要测量相电流值，因此不需要额外增加电流传感器。