一种电力变换器拓扑、控制系统及控制方法与流程

本发明涉及新能源，特别涉及一种电力变换器拓扑、控制系统及控制方法。

背景技术：

1、目前，电力电子变压器作为微电网中分布式能源与电网交互的核心设备，传统多级架构（如级联h桥、模块化多电平变换器）需通过多个功率单元级联实现电压匹配与功率传输，存在效率逐级衰减等问题。而单级隔离型变换器普遍面临多端口支持不足、交直流输入兼容性差的缺点，难以适配交直流混合微电网的多源协同需求。现有的隔离型单级变换器中，谐振型拓扑（如llc谐振变换器）峰值效率高但宽增益场景下软开关窗口缩小，效率骤降；非谐振型拓扑（如传统双有源桥变换器）调压范围宽但开关损耗大，且多数拓扑仅适配单一输入类型，多端口集成需堆叠隔离单元，则会进一步增加损耗与体积；单级微型逆变器（如cyclo变换器）虽支持宽范围直流输入，却受限于变频调制，动态响应与集成性不足。

技术实现思路

1、本发明的目的是公开一种电力变换器拓扑、控制方法及控制系统，以解决现有技术存在的问题。

2、首先，本发明公开了一种电力变换器拓扑，包括m个矩阵式全桥电路、第一母线、第二母线、m个谐振腔、一变压器和一矩阵式半桥电路；每个所述矩阵式全桥电路的一侧具有独立电源端口，所述独立电源端口的第一端、第二端分别选择性接所述第一母线、所述第二母线；所述独立电源端口的第一端选择性接相邻下一个所述独立电源端口的第二端，每个所述矩阵式全桥电路的另一侧通过各自相应的谐振腔接所述变压器相应的一侧绕组，所述变压器的另一侧绕组连接至所述矩阵式半桥电路的一侧，所述矩阵式半桥电路的另一侧具有一公共电源端口，每个所述矩阵式全桥电路选择性工作于谐振模式或非谐振模式；其中，m为整数，m≥2。

3、进一步地，所述变压器的另一侧绕组的第一端、第二端分别接矩阵式半桥电路的一侧的第一端、第二端。

4、进一步地，每个所述独立电源端口的第一端、第二端分别通过相应第一切换开关、第二切换开关选择性接所述第一母线、所述第二母线，所述独立电源端口的第一端通过相应第三切换开关选择性接相邻下一个所述独立电源端口的第二端。

5、进一步地，每个所述矩阵式全桥电路的另一侧的第一端通过各自相应的所述谐振腔接所述变压器的一侧相应绕组的第一端，每个所述矩阵式全桥电路的另一侧的第二端接所述变压器的一侧相应绕组的第二端。

6、进一步地，还包括第四切换开关，所述变压器一侧相应绕组还具有中间抽头，每个所述矩阵式全桥电路的另一侧的第二端通过所述第四切换开关选择性接所述中间抽头。

7、进一步地，所述谐振腔包括电感、第二电容、第三电容以及谐振切换开关，所述电感的一端、所述第三电容的另一端分别为所述谐振腔的一端、另一端，所述电感的另一端接所述第三电容的一端，所述第二电容与所述谐振切换开关串联后构成串联桥路，所述串联桥路的两端与所述第三电容的两端并联。

8、进一步地，所述m=3。

9、进一步地，所述谐振切换开关断开时，相应所述矩阵式全桥电路工作于谐振模式；所述谐振切换开关闭合时，相应所述矩阵式全桥电路工作于非谐振模式。

10、其次，本发明公开了一种控制系统，用于控制所述的电力变换器拓扑，包括增益计算模块、电流给定模块、电压控制环、电流选取模块、模式切换模块和调制量模块；其中，

11、所述增益计算模块用于计算实时电压增益，所述电流给定模块用于为所述电流选取模块提供第一电流参考值，所述电压控制环用于为所述电流选取模块提供第二电流参考值、第三电流参考值，所述电流选取模块用于输出最终电流指令值，所述模式切换模块用于控制谐振、非谐振工作模式的切换，所述调制量模块用于生成pwm调制信号。

12、再者，本发明公开了一种控制方法，用于控制所述的电力变换器拓扑，包括：当任一所述矩阵式全桥电路被配置工作于谐振模式时，对应的内移相比和外移相比设置为零，所述矩阵式全桥电路的开关管驱动信号与所述矩阵式半桥电路中领先导通的开关管的驱动信号保持同步；当任一所述矩阵式全桥电路被配置工作于非谐振模式时，基于实时采集的所述独立电源端口的电压、所述公共电源端口的电压及功率要求，动态调整其对应的所述内移相比和所述外移相比；其中，定义矩阵式半桥电路所在侧为输入侧，矩阵式全桥电路mbx所在侧为输出侧。

13、与现有技术相比，本发明通过一种电力变换器拓扑、控制系统及控制方法，实现了矩阵式全桥电路多种连接方式切换，可拓宽对不同规格交直流电源的兼容范围及电压调节能力，并可在谐振与非谐振模式之间进行选择，灵活实现了多个不同规格交/直流端口的互联，可有效提高工作效率。

1.一种电力变换器拓扑，其特征在于，包括m个矩阵式全桥电路、第一母线、第二母线、m个谐振腔、一变压器和一矩阵式半桥电路；每个所述矩阵式全桥电路的一侧具有独立电源端口，所述独立电源端口的第一端、第二端分别选择性接所述第一母线、所述第二母线；所述独立电源端口的第一端选择性接相邻下一个所述独立电源端口的第二端，每个所述矩阵式全桥电路的另一侧通过各自相应的谐振腔接所述变压器相应的一侧绕组，所述变压器的另一侧绕组连接至所述矩阵式半桥电路的一侧，所述矩阵式半桥电路的另一侧具有一公共电源端口，每个所述矩阵式全桥电路选择性工作于谐振模式或非谐振模式；其中，m为整数，m≥2。

2.根据权利要求1所述的一种电力变换器拓扑，其特征在于，所述变压器的另一侧绕组的第一端、第二端分别接矩阵式半桥电路的一侧的第一端、第二端。

3.根据权利要求1所述的一种电力变换器拓扑，其特征在于，每个所述独立电源端口的第一端、第二端分别通过相应第一切换开关、第二切换开关选择性接所述第一母线、所述第二母线，所述独立电源端口的第一端通过相应第三切换开关选择性接相邻下一个所述独立电源端口的第二端。

4.根据权利要求1所述的一种电力变换器拓扑，其特征在于，每个所述矩阵式全桥电路的另一侧的第一端通过各自相应的所述谐振腔接所述变压器的一侧相应绕组的第一端，每个所述矩阵式全桥电路的另一侧的第二端接所述变压器的一侧相应绕组的第二端。

5.根据权利要求4所述的一种电力变换器拓扑，其特征在于，还包括第四切换开关，所述变压器一侧相应绕组还具有中间抽头，每个所述矩阵式全桥电路的另一侧的第二端通过所述第四切换开关选择性接所述中间抽头。

6.根据权利要求4或5所述的一种电力变换器拓扑，其特征在于，所述谐振腔包括电感、第二电容、第三电容以及谐振切换开关，所述电感的一端、所述第三电容的另一端分别为所述谐振腔的一端、另一端，所述电感的另一端接所述第三电容的一端，所述第二电容与所述谐振切换开关串联后构成串联桥路，所述串联桥路的两端与所述第三电容的两端并联。

7.根据权利要求1所述的一种电力变换器拓扑，其特征在于，所述m=3。

8.根据权利要求6所述的一种电力变换器拓扑，其特征在于，所述谐振切换开关断开时，相应所述矩阵式全桥电路工作于谐振模式；所述谐振切换开关闭合时，相应所述矩阵式全桥电路工作于非谐振模式。

9.一种控制系统，用于控制权利要求1-8任一项所述的电力变换器拓扑，其特征在于，包括增益计算模块、电流给定模块、电压控制环、电流选取模块、模式切换模块和调制量模块；其中，

10.一种控制方法，用于控制权利要求1-8任一项所述的电力变换器拓扑，其特征在于，包括：当任一所述矩阵式全桥电路被配置工作于谐振模式时，对应的内移相比和外移相比设置为零，所述矩阵式全桥电路的开关管驱动信号与所述矩阵式半桥电路中领先导通的开关管的驱动信号保持同步；当任一所述矩阵式全桥电路被配置工作于非谐振模式时，基于实时采集的所述独立电源端口的电压、所述公共电源端口的电压及功率要求，动态调整其对应的所述内移相比和所述外移相比。