CN115411768A

CN115411768A - 一种基于部分功率变换的四端口能量路由拓扑及控制策略

Info

Publication number: CN115411768A
Application number: CN202210917443.1A
Authority: CN
Inventors: 孙孝峰; 刘飞来; 赵巍
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2022-08-01
Filing date: 2022-08-01
Publication date: 2022-11-29

Abstract

本发明公开了一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑，以高频变压器T保证各端口隔离,包括原边侧、光伏侧、燃料电池侧和蓄电池侧四个全桥结构的主要部分，以及光伏电池、可逆固体氧化物电池、蓄电池和三组不同电压等级的直流母线；所述的各端口结构均包含移相电感、四个功率开关管及反并联二极管和端口电容；原边侧采用蓄电池复用结构，三组副边侧分别与一组电池模块和一条直流母线相连接，构成各自的部分功率变换结构，且每个电池的输出级增加电流脉动平抑电感；本发明通过共用蓄电池作为公共能量输入输出端口，在建立起各部分功率变换技术结构后实现以较小的功率等级调节光伏最大功率追踪、燃料电池双向传输、锂电池充放电等功能。

Description

一种基于部分功率变换的四端口能量路由拓扑及控制策略

技术领域

本发明涉及能源互联网和电力电子技术应用领域，尤其是一种基于部分功率变换技术的集成式多端口能量路由拓扑及控制策略。

背景技术

为了缓解能源危机，加快发展可再生能源发电技术，近年来有学者提出了能源互联网战略，能量路由器作为能源互联网的关键技术，受到越来越多的关注与研究。能量路由器不仅可以作为传统的变压器，实现电压转换，而且还可以提供故障隔离和电能质量管理。同时，它可以智能地识别和管理所连接的负载，并优化分配一个区域内的电能，可以更好地缓解能源危机和环境保护压力。

在世界能源架构中，电力及其相关产业是实现低碳化的主要助推力。太阳能、风能等分布式可再生能源技术不断从爆炸式增长发展到提高质量和效率的阶段。同时，由于氢能具有高热值、能量密度高、清洁燃烧、多相储存等特点，逐渐成为清洁能源阶段的关键和重要载体。电解制氢和燃料电池的使用是实现氢能和电能相互转换的氢储能关键技术。可逆固体氧化物电池是燃料电池的一种，其特点是既可以像燃料电池一样运行于放电模式也可以像电解池一样运行于充电模式，对比其他燃料电池拥有更低的电化学损耗。

为了实现以上几种能源的综合利用，需要通过电能功率变换器进行集成。在功率变换装置当中，全功率变换的特点是将转换对象的全部功率经过自身输送至电网，这种变换器的效率已经达到了非常高的数值，难以进一步提升效率，因此有学者提出使用部分功率变换来进一步提升能量传输的功率和效率。另外，除了在功率和整体系统效率上有所差异，双向DC/DC变换器在连接各分布式能源时需要考虑输入输出的正负极性，不利于系统的进一步扩展。且随着对能量路由系统功能要求不断提高，单级变换器已难以满足需求，而级数越高的变换器效率和可靠性难以提升，因此可在整体系统中加入部分功率变换技术，来有效地实现各分布式能源与公共直流母线的连接，再通过对该变换器闭环控制来保证系统稳定运行与功能的实现。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑的控制策略，有效的利用各分布式能源并通过四端口结构实现各自的电气隔离，并采用部分功率变换技术提高整体拓扑的效率，连接至多组电压等级的直流母线来提升系统的可拓展性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑，以高频变压器T保证各端口隔离,包括原边侧、光伏侧、燃料电池侧和蓄电池侧四个全桥结构的主要部分，以及光伏电池、可逆固体氧化物电池、蓄电池和三组不同电压等级的直流母线Bus₁、Bus₂、Bus₃。所述的各端口结构均包含移相电感L_S、L_P、L_r、L_B、四个功率开关管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄，反并联二极管D₁、D₂、D₃、D₄和端口电容C_S、C_P、C_r、C_B；原边侧采用蓄电池复用结构，三组副边侧分别与一组电池模块和一条直流母线相连接，光伏侧与光伏电池、Bus₁连接，rSOC侧与rSOC、Bus₂连接，蓄电池侧与蓄电池、Bus₃连接，构成各自的部分功率变换结构，且每个电池的输出级增加电流脉动平抑电感L_Pout、L_rout、L_Bout。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述的四端口全桥结构中，原边侧包括第一功率开关管Q_1S、第二功率开关管Q_2S、第三功率开关管Q_3S、第四功率开关管Q_4S、第一反并联二极管D_1S、第二反并联二极管D_2S、第三反并联二极管D_3S、第四反并联二极管D_4S、第一电容C_S,所述高频变压器T包括第一绕组N_S、第二绕组N_P、第三绕组N_r、第四绕组N_B。所述第一功率开关管Q_1S的集电极与第三功率开关管Q_3S的集电极、第一反并联二极管D_1S及第三反并联二极管D_3S的负极相连；所述第二功率开关管Q_2S的发射极与第四功率开关管Q_4S的发射极、第二反并联二极管D_2S及第四反并联二极管D_4S的正极相连；所述第一功率开关管Q_1S的发射极与第二功率开关管Q_2S的集电极相连；所述第三功率开关管Q_3S的发射极与第四功率开关管Q_4S的集电极相连；所述第一电容C_S的一端与第一功率开关管Q_1S的集电极连接，所述第一电容C_S的另一端与第二功率开关管Q_2S的发射极连接；所述第一绕组N_S的同名端先连接移相电感L_s，再连接到第一功率开关管Q_1S的发射极与第二功率开关管Q_2S的集电极的中点，所述第一绕组N_S的异名端连接第三功率开关管Q_3S的发射极与第四功率开关管Q_4S的集电极中点。光伏侧、rSOC侧及蓄电池侧的硬件构成和连接结构与原边侧相同，各个端口的绕组通过高频变压器T进行隔离。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述光伏侧、rSOC侧和蓄电池侧的端口输出侧的正极在分别连接移电流脉动平抑电感L_Pout、L_rout、L_Bout后与光伏电池、rSOC和蓄电池的负极连接，光伏电池、rSOC和蓄电池的正极再分别与直流母线Bus₁、Bus₂、Bus₃的正极相连，光伏侧、rSOC侧和蓄电池侧的端口输出侧的负极分别与直流母线Bus₁、Bus₂、Bus₃的负极相连，直流母线Bus₁、Bus₂、Bus₃分别用三组地GND₁、GND₂、GND₃，共同构成各自的部分功率变换结构。所述原边侧的端口正极与蓄电池正极和直流母线Bus₃正极相连，原边侧端口负极与蓄电池负极和电流脉动平抑电感L_Bout相连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述四端口结构在四有源桥变换器的基础上集成了各清洁能源：光伏、燃料电池和蓄电池，并在各端口形成了部分功率变换结构，通过加入各分布式能源与部分功率变换技术，降低了四端口变换器所需处理的功率等级。通过全桥结构与高频变压器实现各端口的电气隔离，通过移相电感L_S、L_P、L_r、L_B保证各端口能够实现移相控制，共同保证能量的稳定与多向传输。

本发明技术方案的进一步改进在于：一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑的控制策略，对于各个端口的控制，采用的是各个端口由不同的方式获取调节目标采样值，通过PI调节器处理采样值与参考值，输出桥间移向占空比，再经过限幅得到控制信号传至单移相控制模块，形成驱动信号至目标开关管，实现控制目标的稳定。

本发明技术方案的进一步改进在于：由双有源全桥变换器推导而得的循环平均功率方程可以拓展到四有源桥变换器中，因此对于四端口整体拓扑的分析可以分解成三组双有源变换器进行分析与功率控制。且双有源变换器在移相控制下变换器具有整体系统惯性较小、易于实现软开关等优点，因此分别采取三组桥间移相控制来分别对三个副边端口进行控制，可保证各个端口稳定运行。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述各端口的控制具体步骤如下：

1)对于蓄电池源级复用的原边侧和蓄电池侧结构，控制的是蓄电池侧端口电压恒定。当蓄电池放电情况下，通过Bus₃母线与蓄电池输出电压的电位差作为蓄电池侧端口电压的参考值用以输入控制模块，再通过PI调节器和SPS控制输出驱动信号至原边侧及蓄电池侧的所有开关管中，实现蓄电池侧端口PPC结构的建立和端口电压恒定至该参考值。

2)对于光伏侧端口，在确定了光伏电池型号后其各项参数即已确定。根据光伏侧的部分功率辩护按结构，为保证光伏电池阵列工作在最大功率点处，首先对光伏电池的输出电压U_PV和电流I_PV进行监测，通过最大功率追踪技术maximum power point tracker,MPPT)获得光伏电池最大功率点处电压U_m。后进行光伏侧端口电压的控制，将Bus₁母线电压与光伏电池U_m的电位差作为光伏侧端口电压的参考值，通过PI调节器和SPS控制输出驱动信号至光伏侧开关管，将光伏侧端口电压恒定至该参考值，从而实现光伏电池以最大功率向Bus₁母线传输功率，提升该端口能量传输的效率。由于蓄电池侧端口电压控制时已经给定原边侧开关管驱动信号，因此只需给定光伏侧的开关管驱动信号，即可实现本端口的控制目标。

3)对于rSOC侧端口的控制则与其余端口不同，由于电池特性差异，rSOC侧端口控制的是rSOC的充放电状态和电池电流I_rSOC。在确定了rSOC充放电工作状态后即可给定合适的rSOC电流参考值，再通过PI调节器和SPS控制来实现I_rSOC恒定至该参考值，从而实现本端口部分功率变换结构的建立和rSOC的稳定运行。rSOC侧的控制过程中控制器输出的驱动信号也只需给至rSOC侧开关管即可实现本端口的控制目标。

附图说明

图1是本发明一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑的电气原理图；

图2是本发明一种基于部分功率变换技术的光伏侧端口电气结构图；

图3是本发明一种基于部分功率变换技术的rSOC侧端口电气结构图；

图4是本发明一种基于部分功率变换技术的蓄电池侧端口电气结构图；

图5是本发明一种等效的双有源桥拓扑结构的电气原理图；

图6是本发明一种等效的双有源桥拓扑结构工作在正向单移相调制状态下的工作原理波形图；

图7是本发明一种等效的双有源桥拓扑结构工作在反向单移相调制状态下的工作原理波形图；

图8是本发明基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑结构中原边侧和蓄电池侧的控制策略原理图；

图9是本发明基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑结构中光伏侧的控制策略原理图；

图10是本发明基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑结构中rSOC侧的控制策略原理图；

其中，PV电池为光伏电池、rSOC为可逆固体氧化物电池、Battery为蓄电池；T为高频变压器，N_S、N_P、N_r、N_B为第一、二、三、四绕组；Bus₁、Bus₂、Bus₃为第一、第二、第三直流母线；GND₁、GND₂、GND₃为第一、第二、第三地极；C_S、C_P、C_r、C_B为第一、二、三、四电容；L_S、L_P、L_r、L_B为第一、二、三、四移相电感；L_Pout、L_rout、L_Bout为第一、二、三电池电流平抑电感；Q_1S、Q_2S、Q_3S、Q_4S为原边侧第一、二、三、四功率开关管，D_1S、D_2S、D_3S、D_4S为原边侧第一、二、三、四反并联二极管；Q_1P、Q_2P、Q_3P、Q_4P为光伏侧第一、二、三、四功率开关管，D_1P、D_2P、D_3P、D_4P为光伏侧第一、二、三、四反并联二极管；Q_1r、Q_2r、Q_3r、Q_4r为rSOC侧第一、二、三、四功率开关管，D_1r、D_2r、D_3r、D_4r为rSOC侧第一、二、三、四反并联二极管；Q_1B、Q_2B、Q_3B、Q_4B为蓄电池侧第一、二、三、四功率开关管，D_1B、D_2B、D_3B、D_4B为蓄电池侧第一、二、三、四反并联二极管；V_PV、V_rSOC、V_Bat为光伏电池、rSOC、蓄电池的输出电压；I_PV、I_rSOC、I_Bat为光伏电池、rSOC、蓄电池的输出电流；V_Bus1、V_Bus2、V_Bus3为第一、第二、第三直流母线电压；V_L1、V_L2、V_L3为光伏侧、rSOC侧、蓄电池侧DC/DC变换器的输出电压值；S₁、S₂、S₃、S₄为双有源桥变换器拓扑原边侧第一、二、三、四功率开关管，D₁、D₂、D₃、D₄为双有源桥变换器拓扑原边侧第一、二、三、四反并联二极管；S₅、S₆、S₇、S₈为双有源桥变换器拓扑副边侧第五、六、七、八功率开关管，D₅、D₆、D₇、D₈为双有源桥变换器拓扑副边侧第五、六、七、八反并联二极管；V₁、C₁、L₁、N₁为双有源桥变换器拓扑原边侧第一电源、第一电容、第一移相电感、第一绕组，V₂、C₂、N₂为双有源桥变换器拓扑副边侧第二电源、第二电容、第二绕组；T_D为双有源桥变换器高频变压器，n为双有源桥变换器高频变压器变比；T_s为双有源桥变换器的一个开关周期，T_hs为开关周期的一半，D为移相角与π之间的比值；U_{port_PV}、U_{port_Bat}为光伏侧端口电压、蓄电池侧端口电压；U_{port_PV,ref}、I_rSOC,ref、U_{port_Bat,ref}、为光伏侧端口电压参考值、rSOC电流参考值、蓄电池侧端口电压参考值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑，所述的四端口全桥结构中，原边侧包括第一功率开关管Q_1S、第二功率开关管Q_2S、第三功率开关管Q_3S、第四功率开关管Q_4S、第一反并联二极管D_1S、第二反并联二极管D_2S、第三反并联二极管D_3S、第四反并联二极管D_4S、第一电容C_S,所述高频变压器T包括第一绕组N_S、第二绕组N_P、第三绕组N_r、第四绕组N_B。所述第一功率开关管Q_1S的集电极与第三功率开关管Q_3S的集电极、第一反并联二极管D_1S及第三反并联二极管D_3S的负极相连；所述第二功率开关管Q_2S的发射极与第四功率开关管Q_4S的发射极、第二反并联二极管D_2S及第四反并联二极管D_4S的正极相连；所述第一功率开关管Q_1S的发射极与第二功率开关管Q_2S的集电极相连；所述第三功率开关管Q_3S的发射极与第四功率开关管Q_4S的集电极相连；所述第一电容C_S的一端与第一功率开关管Q_1S的集电极连接，所述第一电容C_S的另一端与第二功率开关管Q_2S的发射极连接；所述第一绕组N_S的同名端先连接移相电感L_s，再连接到第一功率开关管Q_1S的发射极与第二功率开关管Q_2S的集电极的中点，所述第一绕组N_S的异名端连接第三功率开关管Q_3S的发射极与第四功率开关管Q_4S的集电极中点。光伏侧、rSOC侧及蓄电池侧的硬件构成和连接结构与原边侧相同，各个端口的绕组通过全桥结构与高频变压器实现各端口的电气隔离，通过第一、第二、第三、第四移相电感L_S、L_P、L_r、L_B保证各端口能够实现移相控制，共同保证能量的稳定与多向传输。

所述光伏侧、rSOC侧和蓄电池侧的端口输出侧的正极在分别连接移电流脉动第一、第二、第三电池电流平抑电感L_Pout、L_rout、L_Bout后与光伏电池、rSOC和蓄电池的负极连接，光伏电池、rSOC和蓄电池的正极再分别与第一、第二、第三直流母线Bus₁、Bus₂、Bus₃的正极相连，光伏侧、rSOC侧和蓄电池侧的端口输出侧的负极分别与直流母线Bus₁、Bus₂、Bus₃的负极相连，构成各自的部分功率变换结构。所述原边侧的端口正极与蓄电池正极和直流母线Bus₃正极相连，原边侧端口负极与蓄电池负极和电流脉动平抑电感L_Bout相连接。

如图2所示，建立所述光伏侧的部分功率变换结构，通过调节光伏电池的输出电压V_PV、光伏电池的输出电流I_PV和光伏侧DC/DC变换器的输出电压值V_L1，保证光伏电池稳定的工作在最大功率点处，从而实现光伏侧端口高效的向第一直流母线Bus₁传输能量。

如图3所示，建立所述rSOC侧的部分功率变换结构，通过调节rSOC的充电放电工作模式、rSOC的输入输出电压V_rSOC、rSOC的输入输出电流I_rSOC和rSOC侧DC/DC变换器的端口电压值V_L2，保证rSOC工作在稳定状态，从而实现rSOC侧端口与第二直流母线Bus₂进行能量交互。

如图4所示，建立所述蓄电池侧的部分功率变换结构，通过调节蓄电池的充电放电工作模式、蓄电池的输入输出电压V_Battery、蓄电池的输入输出电流I_Battery和蓄电池侧DC/DC变换器的端口电压值V_L3，保证蓄电池工作在稳定状态，从而实现蓄电池侧端口、原边侧端口与第三直流母线Bus₃进行能量交互。

如图5所示，建立起双有源桥拓扑结构，所述的双有源桥结构中，原边侧包括双有源桥变换器第一功率开关管S₁、第二功率开关管S₂、第三功率开关管S₃、第四功率开关管S₄、第一反并联二极管D₁、第二反并联二极管D₂、第三反并联二极管D₃、第四反并联二极管D₄、第一电源V₁、第一电容C₁以及所述高频变压器T_D，且高频变压器T_D的变比为n：1。所述第一功率开关管S₁的集电极与第三功率开关管S₃的集电极、第一反并联二极管D₁及第三反并联二极管D₃的负极相连；所述第二功率开关管S₂的发射极与第四功率开关管S₄的发射极、第二反并联二极管D₂及第四反并联二极管D₄的正极相连；所述第一功率开关管S₁的发射极与第二功率开关管S₂的集电极相连；所述第三功率开关管S₃的发射极与第四功率开关管S₄的集电极相连；所述第一电源V₁的正极、第一电容C₁的一极与第一功率开关管S₁的集电极连接，所述第一电源V₁的负极、第一电容C₁的另一极与第二功率开关管S₂的发射极连接；所述第一绕组N₁的同名端先连接移相电感L₁，再连接到第一功率开关管S₁的发射极与第二功率开关管S₂的集电极的中点A点，所述第一绕组N₁的异名端连接第三功率开关管S₃的发射极与第四功率开关管S₄的集电极中点B。副边侧比起原边侧仅少了一个移相电感L₁，其余各元件的连接方式与原边侧相同。

如图6所示，等效的双有源桥拓扑结构工作在正向单移相调制状态下的工作原理波形图。定义T_s为一个开关周期，T_hs为开关周期的一半，移相角与π之间的比值为移相比D，DT_hs表示桥间对应开关管(即第一功率开关管S₁与第五功率开关管S₅)开关信号存在相位差，双有源桥变换器原边侧第一功率开关管S₁与第四功率开关管S₄波形相同，第二功率开关管S₂与第三功率开关管S₃波形也相同，且第一功率开关管S₁、第四功率开关管S₄波形和第二功率开关管S₂、第三功率开关管S₃波形互补。此时D＞0，双有源桥变换器工作在正向状态，即双有源桥变换器第一功率开关管到第四功率开关管S₁、S₂、S₃和S₄的相位超前第五功率开关管到第八功率开关管S₅、S₆、S₇和S₈的相位DT_hs。A点与B点之前电压峰值为第一电源电压值V₁，C点与D点之前电压峰值为第二电源电压值V₂的n倍。

如图7所示，等效的双有源桥拓扑结构工作在反向单移相调制状态下的工作原理波形图。此时D＜0，双有源桥变换器工作在反向状态，即双有源桥变换器第一功率开关管到第四功率开关管S₁、S₂、S₃和S₄的相位落后第五功率开关管到第八功率开关管S₅、S₆、S₇和S₈的相位DT_hs。A点与B点之前电压峰值仍为第一电源电压值V₁，C点与D点之前电压峰值为第二电源电压值V₂的n倍。

如图8所示为所述的基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑中原边侧和蓄电池侧的控制策略。对于蓄电池源级复用的原边侧和蓄电池侧，控制的是蓄电池侧端口电压恒定，若蓄电池工作在放电情况下，通过蓄电池输出电压与第三直流母线Bus₃的电位差作为蓄电池侧端口电压的参考值，输入PI调节器和SPS控制模块，控制模块处理信息后输出驱动信号至蓄电池侧和原边侧的各个开关管，从而实现蓄电池侧端口部分功率变换结构的建立和蓄电池侧端口电压恒定至参考值。

如图9所示为所述的基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑中光伏侧的控制策略。在确定了光伏电池型号后，光伏电池阵列的各项参数即已确定，为保证光伏电池阵列输出最大功率，对光伏电池的输出电压U_PV和输出电流I_PV进行菜样，并通过光伏电池最大功率追踪器计算光伏电池最大功率点处电压U_m，再将第一直流母线Bus₁电压与光伏电池最大功率点处电压U_m的电位差作为光伏侧端口电压的参考值，再用PI调节器和SPS控制输出驱动信号至光伏侧开关管，将光伏侧端口电压恒定至该参考值。

如图10所示为所述的基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑中rSOC侧的控制策略。由于电池特性差异，对于rSOC侧端口的控制的是rSOC的充放电状态和电池电流I_rSOC。在确定了rSOC充放电工作状态后，即可给定合适的rSOC电流参考值，再通过PI调节器和SPS控制来实现I_rSOC恒定至该参考值，从而实现rSOC侧端口的稳定运行。

本发明基于部分功率变换技术，设计了一种四端口能量路由拓扑，包括原边侧、光伏侧、燃料电池侧和蓄电池侧四个全桥结构的主要部分，以及光伏电池、可逆固体氧化物电池、蓄电池和三组不同电压等级的直流母线。以高频变压器为轴心保证各端口的电气隔离，原边侧采用蓄电池复用结构，三组副边侧分别与一组电池模块和一条直流母线相连接，构成各自的部分功率变换结构，且每个电池的输出级增加电流脉动平抑电感，并根据各端口的特性，在移相控制的基础上设计了三套控制策略用以实现各个端口的稳定运行。

Claims

1.一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑，其特征在于：以高频变压器T保证各端口隔离,包括原边侧、光伏侧、燃料电池侧和蓄电池侧四个全桥结构的主要部分，以及光伏电池、可逆固体氧化物电池、蓄电池和三组相互隔离的不同电压等级的直流母线Bus₁、Bus₂、Bus₃与三组地GND₁、GND₂、GND₃，所述的各端口结构均包含移相电感L_S、L_P、L_r、L_B、四个功率开关管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄，反并联二极管D₁、D₂、D₃、D₄和端口电容C_S、C_P、C_r、C_B；原边侧采用蓄电池复用结构，三组副边侧分别与一组电池模块和一条直流母线相连接,且光伏侧与光伏电池、Bus₁连接，rSOC侧与rSOC、Bus₂连接，蓄电池侧与蓄电池、Bus₃连接，构成各自的部分功率变换结构，每个电池的输出级增加电流脉动平抑电感L_Pout、L_rout、L_Bout。

2.根据权利要求1所述的一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑，其特征在于：四端口全桥结构中，原边侧包括第一功率开关管Q_1S、第二功率开关管Q_2S、第三功率开关管Q_3S、第四功率开关管Q_4S、第一反并联二极管D_1S、第二反并联二极管D_2S、第三反并联二极管D_3S、第四反并联二极管D_4S、第一电容C_S,所述高频变压器T包括第一绕组N_S、第二绕组N_P、第三绕组N_r、第四绕组N_B；所述第一功率开关管Q_1S的集电极与第三功率开关管Q_3S的集电极、第一反并联二极管D_1S及第三反并联二极管D_3S的负极相连；所述第二功率开关管Q_2S的发射极与第四功率开关管Q_4S的发射极、第二反并联二极管D_2S及第四反并联二极管D_4S的正极相连；所述第一功率开关管Q_1S的发射极与第二功率开关管Q_2S的集电极相连；所述第三功率开关管Q_3S的发射极与第四功率开关管Q_4S的集电极相连；所述第一电容C_S的一端与第一功率开关管Q_1S的集电极连接，所述第一电容C_S的另一端与第二功率开关管Q_2S的发射极连接；所述第一绕组N_S的同名端先连接移相电感L_s，再连接到第一功率开关管Q_1S的发射极与第二功率开关管Q_2S的集电极的中点，所述第一绕组N_S的异名端连接第三功率开关管Q_3S的发射极与第四功率开关管Q_4S的集电极中点；光伏侧、rSOC侧及蓄电池侧的硬件构成和连接结构与原边侧相同，各个端口的绕组通过高频变压器T进行隔离。

3.根据权利要求2所述的一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑，其特征在于：所述光伏侧、rSOC侧和蓄电池侧的端口输出侧的正极在分别连接移电流脉动平抑电感L_Pout、L_rout、L_Bout后与光伏电池、rSOC和蓄电池的负极连接，光伏电池、rSOC和蓄电池的正极再分别与直流母线Bus₁、Bus₂、Bus₃的正极相连，光伏侧、rSOC侧和蓄电池侧的端口输出侧的负极分别与直流母线Bus₁、Bus₂、Bus₃的负极相连，直流母线Bus₁、Bus₂、Bus₃分别用三组不同的地GND₁、GND₂、GND₃，共同构成各自的部分功率变换结构；所述原边侧的端口正极与蓄电池正极和直流母线Bus₃正极相连，原边侧端口负极与蓄电池负极和电流脉动平抑电感L_Bout相连接。

4.根据权利要求2或3任一项所述的一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑，其特征在于：所述四端口结构在四有源桥变换器的基础上集成了各清洁能源：光伏、燃料电池和蓄电池，在各端口中通过各全桥结构与分布式能源构建部分功率变换结构，该结构实现了降低整体系统功率等级的功能，通过高频变压器结构实现各端口的电气隔离，通过移相电感L_S、L_P、L_r、L_B保证各端口能够实现移相控制，共同保证能量的稳定与多向传输。

5.一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑的控制策略，其特征在于：根据权利要求1-4任一项所述的一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑，提出对于光伏侧端口采用最大功率点电压确定与光伏侧端口电压控制确定其目标参考值，对于rSOC侧采用rSOC电流控制确定其目标参考值，对于蓄电池侧采用端口电压控制确定其目标参考值，通过PI调节器处理各采样值与目标参考值获得桥间移向占空比，再经过限幅模块得到控制信号并传至单移相控制模块，形成驱动信号至目标开关管。

6.根据权利要求5所述的一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑的控制策略，其特征在于：通过将双有源桥全桥变换器推导而得的循环平均功率方程拓展到四有源桥变换器中，将四端口整体拓扑的分析与功率控制分解成三组双有源桥变换器，分别采取三组桥间移向控制对各副边端口进行控制，实现整体系统稳定运行。

7.根据权利要求5所述的一种基于部分功率变换技术的四端口能量路由拓扑的控制策略，其特征在于：所述各端口的控制具体步骤如下：

1)对于蓄电池源级复用的原边侧和蓄电池侧，控制的是蓄电池侧端口电压恒定；当蓄电池放电情况下，通过Bus₃母线与蓄电池输出电压的电位差作为蓄电池侧端口电压的参考值用以输入控制模块，再通过PI调节器和SPS控制输出驱动信号至原边侧及蓄电池侧的所有开关管中，构建蓄电池侧端口功率变换结构，恒定该端口电压至该参考值；

2)对于光伏侧端口，确定了光伏电池型号及其各项参数，根据光伏侧的部分功率变换结构，首先对光伏电池的输出电压U_PV和电流I_PV进行监测，通过最大功率追踪技术获得光伏电池最大功率点处电压U_m；后进行光伏侧端口电压的控制，将Bus₁母线电压与光伏电池U_m的电位差作为光伏侧端口电压的参考值，通过PI调节器和SPS控制输出驱动信号至光伏侧开关管，将光伏侧端口电压恒定至该参考值，让光伏电池阵列工作在最大功率点处，以最大功率向Bus₁母线传输功率，提升该端口能量传输的效率；驱动信号给至光伏侧开关管即可实现本端口的控制目标。

3)rSOC侧端口控制的是rSOC的充放电状态和电池电流I_rSOC，在确定了rSOC充放电工作状态后即可给定合适的rSOC电流参考值，再通过PI调节器和SPS控制来实现I_rSOC恒定至该参考值，建立起本端口部分功率变换结构，让rSOC的稳定运行；驱动信号给至rSOC侧开关管即可实现本端口的控制目标。