CN110635693A - 一种直流升压变换电路及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流升压变换电路及装置，该电路包括：全控型电路、变压器及不控型电路，全控型电路由多个并联的全控型H桥电路组成，全控型电路的直流侧外接直流功率，全控型电路的交流侧通过变压器连接所述不控型电路；不控型电路由多个串联的不控型H桥电路组成；全控型电路用于将直流功率均压变换后得到均压交流功率，并将均压交流功率输入至变压器；变压器用于将均压交流功率升压后输入至不控型电路；不控型电路用于将升压后的均压交流功率整流后输出。本发明实施例提供的直流升压变换电路，无需设置其他元件，通过多个并联的全控型H桥电路即可实现电路的均压，提高了该电路的升压效率，减小了电路的体积与成本。

Description

一种直流升压变换电路及装置
技术领域
本发明涉及电力系统输配电技术领域，具体涉及一种直流升压变换电路及装置。
背景技术
近年来直流配电网正逐步应用于各种电路系统中。直流配电网具有供电可靠性高、线路造价低、输电损耗小的优点。直流配电网的发展为分布式新能源消纳、海岛发电用电和低压直流负荷提供了新的接入方式。
光伏发电作为重要的分布式能源形式，遵循分散开发、就近消纳的原则，可解决电力在升压及长途运输中的损耗问题。然而现有的光伏升压电路存在均压均流控制困难的问题，为了解决升压电路中的均压问题，通常在电路中设置容量较大的电容，大电容的增加不仅提高的电路设计的总成本，而且还导致设备体积增大，同时存在效率低、成本高等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种直流升压变换电路及装置，以解决现有技术中直流升压电路成本高、体积大的技术问题。
本发明实施例提出的技术方案如下：
本发明实施例提供一种直流升压变换电路，该直流升压变换电路包括：全控型电路、变压器及不控型电路，所述全控型电路由多个并联的全控型H桥电路组成，所述全控型电路的直流侧外接直流功率，所述全控型电路的交流侧通过所述变压器连接所述不控型电路；所述不控型电路由多个串联的不控型H桥电路组成；所述全控型电路用于将所述直流功率均压变换后得到均压交流功率，并将所述均压交流功率输入至所述变压器；所述变压器用于将所述均压交流功率升压后输入至所述不控型电路；所述不控型电路用于将升压后的均压交流功率整流后输出。
可选地，所述不控型H桥电路为多个二极管构成的整流电路。
可选地，所述全控型H桥电路包括多个全控型器件构成的均压电路。
可选地，所述变压器的数量为多个，每个所述变压器包括一个初级线圈和多个次级线圈，每个所述变压器的初级线圈连接一个全控型H桥电路，每个所述变压器的次级线圈连接一个不控型H桥电路。
可选地，该直流升压变换电路还包括：电容，所述电容与所述全控型电路的直流侧连接，所述直流功率通过所述电容输入至所述全控型电路。
可选地，所述变压器为中频变压器或高频变压器。
本发明实施例还提供一种直流升压变换装置，该直流升压变换装置包括：直流源、控制器及如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的直流升压变换电路，所述直流升压变换电路连接所述直流源，用于接收所述直流源输出的直流功率；所述控制器连接所述直流升压变换电路，用于控制所述全控型电路的开关频率。
可选地，所述控制器用于根据倍频调制算法或载波移相算法控制所述全控型电路的开关频率。
本发明实施例提出的技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供的直流升压变换电路，在低压侧设置多个并联的全控型H桥电路，在高压侧设置多个串联的不控型H桥电路，高压侧和低压侧通过变压器连接，因此，该直流升压变换电路避免了直交直变换环节，通过低压侧并联、高压侧级联的结构，即可以实现高的升压比。同时，该直流升压变换电路无需设置其他元件，通过多个并联的全控型H桥电路即可实现电路的均压，提高了该电路的升压效率，减小了电路的体积与成本。此外，本发明实施例提供的直流升压变换电路，可以用于分布式发电单元的能量单向流动，可以实现低压直流端口向高压直流端口的功率传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中直流升压变换电路的结构原理图；
图2A至图2C为本发明另一实施例中直流升压变换电路的结构原理图；
图3为本发明另一实施例中直流升压变换电路的结构原理图；
图4为本发明另一实施例中直流升压变换电路的结构原理图；
图5为本发明实施例中直流升压变换装置的结构框图；
图6为本发明实施例中直流升压变换装置的调制原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供一种直流升压变换电路，如图1所示，该直流升压变换电路包括：全控型电路10、变压器20及不控型电路30，全控型电路10由多个并联的全控型H桥电路组成，全控型电路10的直流侧外接直流功率，全控型电路10的交流侧通过变压器20连接不控型电路30；不控型电路30由多个串联的不控型H桥电路组成；全控型电路10用于将直流功率均压变换后得到均压交流功率，并将均压交流功率输入至变压器20；变压器20用于将均压交流功率升压后输入至不控型电路30；不控型电路30用于将升压后的均压交流功率整流后输出。
本发明实施例提供的直流升压变换电路，在低压侧设置多个并联的全控型H桥电路，在高压侧设置多个串联的不控型H桥电路，高压侧和低压侧通过变压器连接，因此，该直流升压变换电路避免了直交直变换环节，通过低压侧并联、高压侧级联的结构，即可以实现高的升压比。同时，该直流升压变换电路无需设置其他元件，通过多个并联的全控型H桥电路即可实现电路的均压，提高了该电路的升压效率，减小了电路的体积与成本。此外，本发明实施例提供的直流升压变换电路，可以用于分布式发电单元的能量单向流动，可以实现低压直流端口向高压直流端口的功率传输。
本发明实施例提供的直流升压变换电路，在全控型H桥电路10正常触发的过程中，全控型电路10、变压器20及不控型电路30之间可以产生强耦合联系，且各不控型H桥电路的工作状态可以完全一致，此时，低压级接收的功率经变压器20可以感应到高压级，实现电路均压。此外，还可以通过载波移相调制和电路的等输出时间实现各不控型H桥电路之间的均流。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，不控型H桥电路为多个二极管构成的整流电路。全控型H桥电路包括多个全控型器件构成的均压电路。具体地，全控型器件可采用IGBT、MOSFET、快速开关或具备同样功能的器件。图2A-图2C为直流升压变换电路中的一个直流升压变换模块，该直流升压变换模块包括一个全控型H桥电路、变压器及不控型H桥电路。具体地，如图2A所示，当全控型H桥电路中的T1和T4开通时，变压器20低压绕组两端电压为正，感应到高压级绕组两端电压为正，此时，输入至该模块的直流功率可以经不控型H桥电路的D1和D4传输到高压级；如图2B所示，当全控型H桥电路中的T2和T3开通时，变压器20低压绕组两端电压为负，感应到高压级绕组两端电压为负，此时，输入至该模块的直流功率可以经不控型H桥电路的D2和D3传输到高压级；如图2C所示，当全控型H桥电路发生闭锁或者同时上管通或同时下管通时，变压器20低压绕组无电流，高压级不控型H桥电路与电网连接时，电网中的电流可以经不控型H桥电路中的二极管进行续流并流回电网。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图3所示，该全控型H桥电路可以与直流源40连接，接收直流源40输出的直流功率。其中，直流源40可以是光伏阵列，也可以是其他可以提供直流功率的器件，本发明对此不做限定。在该直流升压变换电路的工作过程中，全控型H桥电路可以实现光伏发电的最大功率跟踪，该最大功率跟踪可以通过调节全控型H桥电路的占空比实现。
可选地，在调节全控型H桥电路的占空比时，可以采用MPPT(max point powertrace，最大功率点跟踪)算法实现。具体地，可以采用控制器采集外接直流母线的电压和电流，根据MPPT算法生成直流母线的参考电压，将直流母线的电压和参考电压的差值输入PI调节器，PI调节器根据计算可以输出该直流升压变换电路的占空比。根据该占空比对全控型H桥电路进行调节即可实现光伏发电的最大功率跟踪。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图4所示，变压器20的数量为多个，每个变压器包括一个初级线圈和多个次级线圈，每个变压器的初级线圈连接一个全控型H桥电路，每个变压器的次级线圈连接一个不控型H桥电路。即该变压器可以采用三绕组和多绕组结构。以三绕组为例，其中一个绕组连接一个全控型H桥电路，另外两个绕组分别连接一个不控型H桥电路。该变压器结构与双绕组变压器结构相比，可以减少变压器的数量，提高该直流升压变换电路的输出电压。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，变压器20为中频变压器或高频变压器。变压器20为工作频率可以超过10kHz。当在该直流升压变换电路中采用中频变压器或高频变压器时，可以减少变压器的数量，从而减小电路的体积，节约成本。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图3或图4所示，该直流升压变换电路还包括：电容C，电容C与全控型电路10的直流侧连接，直流功率通过电容C输入至全控型电路10。在该直流升压变换电路中设置电容C，可以缓冲光伏阵列40的波动性功率，从而使得输入电路的直流功率更加稳定。
本发明实施例还提供一种直流升压变换装置，如图5所示，该直流升压变换装置包括直流源40、控制器2及如上述实施例所述的直流升压变换电路1，直流升压变换电路1连接直流源40，用于接收直流源40输出的直流功率；控制器2连接直流升压变换电路1，用于控制全控型电路20的开关频率。可选地，控制器2可以根据倍频调制算法或载波移相算法控制全控型电路的开关频率。其中，直流源40可以是光伏阵列，也可以是其他可以提供直流功率的器件，本发明对此不做限定。
具体地，倍频调制算法可分为单极性调制和双极性调制，其中单极性调制的等效开关频率为双极性调制的两倍。本发明实施例提供的直流升压变换装置以单极性调制为例进行说明。单极性调制是利用三角载波与功率波的比较实现，如图6所示，以一个直流升压变换模块为例，将模块的调制波uref1与三角波uc1进行比较，当调制波uref1大于三角波uc1时输出脉冲1，作用于全控型器件T1，使得全控型器件T2和T1反向。同时将调制波uref1反向与三角波uc1进行比较，当反向调制波-uref1大于uc1时输出脉冲2，作用于全控型器件T3，使得全控型器件T4和T3反向，从而实现单极性调制和倍频的效果。
具体地，当控制器根据载波移相算法控制全控型电路的开关频率时，将多个全控型H桥电路的载波进行移相，用多组三角载波分别对多个全控型H桥电路进行调制，由于各三角载波具有相同的频率和幅值，且相位依次相差固定的角度，调制后可以使得每个全控型H桥电路输出的PWM脉冲错开一定的角度，从而提高全控型电路的等效开关频率。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (8)

1.一种直流升压变换电路，其特征在于，包括：全控型电路、变压器及不控型电路，
所述全控型电路由多个并联的全控型H桥电路组成，所述全控型电路的直流侧外接直流功率所述全控型电路的交流侧通过所述变压器连接所述不控型电路；
所述不控型电路由多个串联的不控型H桥电路组成；
所述全控型电路用于将所述直流功率均压变换后得到均压交流功率，并将所述均压交流功率输入至所述变压器；
所述变压器用于将所述均压交流功率升压后输入至所述不控型电路；
所述不控型电路用于将升压后的均压交流功率整流后输出。
2.根据权利要求1所述的直流升压变换电路，其特征在于，所述不控型H桥电路为多个二极管构成的整流电路。
3.根据权利要求1所述的直流升压变换电路，其特征在于，所述全控型H桥电路包括多个全控型器件构成的均压电路。
4.根据权利要求1所述的直流升压变换电路，其特征在于，所述变压器的数量为多个，每个所述变压器包括一个初级线圈和多个次级线圈，每个所述变压器的初级线圈连接一个全控型H桥电路，每个所述变压器的次级线圈连接一个不控型H桥电路。
5.根据权利要求1所述的直流升压变换电路，其特征在于，还包括：电容，所述电容与所述全控型电路的直流侧连接，所述直流功率通过所述电容输入至所述全控型电路。
6.根据权利要求1所述的直流升压变换电路，其特征在于，所述变压器为中频变压器或高频变压器。
7.一种直流升压变换装置，其特征在于，包括：直流源、控制器及如权利要求1-6任一项所述的直流升压变换电路，
所述直流升压变换电路连接所述直流源，用于接收所述直流源输出的直流功率；
所述控制器连接所述直流升压变换电路，用于控制所述全控型电路的开关频率。
8.根据权利要求7所述的直流升压变换装置，其特征在于，
所述控制器用于根据倍频调制算法或载波移相算法控制所述全控型电路的开关频率。
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