一种系列参数可调的变换器及其电源组件
阅读说明：本技术 一种系列参数可调的变换器及其电源组件 (Series parameter adjustable converter and power supply assembly thereof ) 是由 易涛 赵林春 周威 于 2021-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种系列参数可调的变换器及其电源组件。变换器包括输入控制级、隔离控制级、逆变控制级以及输出反馈级；输入控制级包括多个并联的高压整流电路；隔离控制级包括DC-DC变换电路以及与DC-DC变换电路连接的隔离保护电路；逆变控制级包括多个逆变控制器；基于输入控制级输入的交流网络参数,确定输入控制参数；基于输入控制级的输出信号,调节隔离控制参数；基于反馈信号以及隔离控制参数,调节逆变控制参数。本发明还提出用于所述变换器的电源组件。所述电源组件包括基准源、保护单元以及反馈单元；所述反馈单元构成变换器的所述输出反馈级。所述基准源构成变换器的所述基准源电路。本发明实现了变换器的多级参数可控调节。(The invention provides a series of parameter-adjustable converters and a power supply assembly thereof. The converter comprises an input control stage, an isolation control stage, an inversion control stage and an output feedback stage; the input control stage comprises a plurality of high-voltage rectifying circuits connected in parallel; the isolation control stage comprises a DC-DC conversion circuit and an isolation protection circuit connected with the DC-DC conversion circuit; the inversion control stage comprises a plurality of inversion controllers; determining input control parameters based on the alternating current network parameters input by the input control stage; adjusting an isolation control parameter based on an output signal of the input control stage; and adjusting the inversion control parameters based on the feedback signals and the isolation control parameters. The invention also proposes a power supply assembly for said converter. The power supply assembly comprises a reference source, a protection unit and a feedback unit; the feedback unit constitutes the output feedback stage of the converter. The reference source constitutes the reference source circuit of the converter. The invention realizes the controllable adjustment of the multilevel parameters of the converter.)
技术领域
本发明属于变换器电路
技术领域
，尤其涉及一种系列参数可调的变换器及其电源组件。背景技术
在能源的供应和转换上，电能仍然是当今人类社会最稳定、高效的能源形式，而新能源、分布式电源发电，多数是以直流形式输送，经过逆变器、稳压器与电网进行并网进行二次输电，因此如何最大限度的将新能源发电与传统能源结合起来将是人类现阶段发展的一个重要课题和研究方向。电力变压器是配电系统中一个重要的组成部分，主要起到电压变换、电流变换、阻抗变换、电气隔离的作用，随着分布式电源、智能电网的发展，传统工频变压器因其功能比较单一且只有交流接口，性能已经不能满足用户的需求。近年来，高频、高压等新型电力电子器件(Si C、GaN)的出现和软开关技术的发展使直流变换器从小功率的开关电源到大功率、高密度化的高压直流变换器得以实现。
美国发明专利US3517300首先提出电力电子变压器的概念，发展至今，最常见的电子电力变换器为三级结构，在该结构中，主要由输入整流级将电网电压转换为稳定直流，隔离级对将输入的直流量变换成高频方波经高频变压器后通过后级电路转换回直流量，在输出级逆变输出变换后的交流量。这种结构电子变压器可以实现更大的容量和更高功率因数，输出电压不受网络中谐波的影响，且存在低压直流端口，为分布式发电提供接口电路。
经检索，在期刊文献方面，以下相关现有技术也提及多级结构的电子电力变压器(本文中统称为变换器)：
[1]She X,Lukic S,Huang A Q,et al.Performance evaluation ofsolid statetransformer based microgrid in FREEDM systems[C].Applied Power lectronicsConference and Exposition. IEEE Xplore,2011:182-188.
[2]凌晨，葛宝明，毕大强.配电网中的电力电子变压器研究[J]，电力系统保护与控制，2012 40(2):34-39.
[3]Deng Y,Rong Q,Li W,et al.Single-Switch High Step-Up ConvertersWith Built-In Transformer Voltage Multiplier Cell[J].IEEE Transactions onPower Electronics,2012,27(8):3557-3567.
[4]季振东，李东野，孙毅超，等.一种三相级联型电力电子变压器及其控制策略研究[[J].电机与控制学报，2016,20(8):32-39.
在专利文献方面，CN112910001A公开了一种多电压等级交直流混合系统三阶段优化配置方法，包括：第一阶段在可选的电网接入点，以交直流混合系统经济性指标为优化目标，基于蒙特卡洛法和k－means方法构造的可再生能源和负荷基本场景，同时优化交直流混合系统并网点功率因数、电力电子变压器、可再生能源发电和储能容量；第二阶段考虑储能充放电深度、放电功率与储能寿命的关系，进一步对各母线储能容量、储能充放电判断参数、最大放电功率和充放电深度进行优化；第三阶段以交直流混合系统并网后所属配网电压裕度和网损建立并网优劣函数，采用基本场景计算，得到交直流混合系统优化配置方案及接入点。该发明能够实现交直流混合系统内容量配置、并网接入和运行策略的协同优化。
然而，发明人发现，现有技术的多级变换器(变压器)的多级控制参数均为静态结构，并且不能随着负载网络的变化而实时调整，适用范围有限。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种系列参数可调的变换器以及用于所述变换器的电源组件盒，所述电源组件盒包括多个电源组件。
具体而言，在本发明的第一个方面，提出一种变换器，所述变换器包括输入控制级、隔离控制级、逆变控制级以及输出反馈级；
所述输入控制级具有输入控制参数，所述隔离控制级具有隔离控制参数，所述逆变控制级具有逆变控制参数；
并且，所述输入控制级、所述隔离控制级以及所述逆变控制级的上述系列控制参数可调节。
具体的，所述输入控制级包括多个并联的高压整流电路；
所述隔离控制级包括DC-DC变换电路以及与所述DC-DC变换电路连接的隔离保护电路；
所述逆变控制级包括多个逆变控制器；
所述输出反馈级连接所述逆变控制级与所述输入控制级；
所述逆变控制级的输出作为负载网络的输入；
所述输出反馈级探测所述负载网络的实时负载信号，结合所述逆变控制级的输出信号生成反馈信号；
基于所述输入控制级输入的交流网络参数，确定所述输入控制参数；
基于所述输入控制级的输出信号，调节所述隔离控制参数；
基于所述反馈信号以及所述隔离控制参数，调节所述逆变控制参数。
所述多个并联的高压整流电路包括第一高压整流电路、第二高压整流电路以及第三高压整流电路；
所述第一高压整流电路、第二高压整流电路以及第三高压整流电路分别输出第一直流电压、第二直流电压以及第三直流电压；
在本发明的技术方案中，将第一直流电压、第二直流电压以及第三直流电压之一作为基准源电路的输入电压；
对应的，确定第一直流电压、第二直流电压或第三直流电压之一作为所述隔离控制级的输入信号。
在本发明的另一个方面，提供一种电源组件，所述电源组件可以应用于所述变换器中。具体的，所述电源组件包括基准源、保护单元以及反馈单元；
所述基准源构成前述的一种系列参数可调的变换器的所述基准源电路；
所述反馈单元构成前述的一种系列参数可调的变换器的所述输出反馈级；
所述保护单元作为所述系列参数可调的变换器的所述隔离控制级的组成部分。
优选的，所述电源组件包括的各个单元内置于一电源组件盒。
在所述电源组件盒中，所述反馈单元包括第一反馈支路和第二反馈支路；
所述第一反馈支路的输入端与所述第二反馈支路的输出端通过偏置支路连接；
所述基准源同时连接所述第一反馈支路和所述第二反馈支路；
所述电源组件还包括启动电路；所述启动电路连接至所述基准源。
基于所述电源组件，构成了所述变换器的核心组成部分；并且，所述电源组件可以用于其他类型的变换器中。
本发明提出的变换器，实现了多级控制参数的可调节控制，从而扩大了适用范围；同时，所述调节控制基于实际负载网络以及实际输入端的参数确定，能够动态的自调节；最后，反馈控制支路基于输出信号和保护信号实现了输入端的闭环反馈，确保了变换器的输出稳定和电压安全。
同时，本发明提出的电源组件以及电源组件盒，能够使得变换器的核心组件部分能够移植到其他变换器中，进一步扩大了使用范围。
本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明一个实施例的一种系列参数可调的变换器的主体结构示意图
图2是图1所述变换器的部分结构的具体内部连接示意图
图3是用于图1所述变换器的电源组件盒的内部模块示意图
图4是用于图1所述变换器的反馈支路的结构示意图
图5是用于图1所述变换器的保护单元的结构示意图
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。
参照图1，是本发明一个实施例的一种系列参数可调的变换器的主体结构示意图。
在图1中，示出了所述变换器包括输入控制级、隔离控制级、逆变控制级以及输出反馈级。
所述输入控制级、隔离控制级、逆变控制级依次连接，前一级的输出作为后一级的输入；所述逆变控制级的输出作为所述变换器的输出，连接至负载网络，同时作为反馈信号发送至所述输出反馈级，所述输出反馈级生成反馈信号发送至所述输入控制级。
作为优选，所述负载网络包括直流负载和交流负载；所述直流负载包括光伏发电系统和储能系统；所述交流负载包括变频智能家电。
作为一个具体的实现电路，所述隔离控制级包括保护单元；所述输出反馈级包括反馈单元；
所述反馈单元包括第一反馈支路和第二反馈支路；
所述保护单元包括输入保护电路和输出保护电路；
所述输入保护电路连接所述第一反馈支路的输出端和输入控制级；
所述输出保护电路连接所述第二反馈支路的输入端和输出反馈级。
在图1中，所述输入控制级具有输入控制参数，所述隔离控制级具有隔离控制参数，所述逆变控制级具有逆变控制参数。
作为本发明的突出优点，所述输入控制级、所述隔离控制级以及所述逆变控制级的上述系列控制参数可调节。
具体的，将所述逆变控制级的输出作为负载网络的输入；
所述输出反馈级探测所述负载网络的实时负载信号，结合所述逆变控制级的输出信号生成反馈信号；
基于所述输入控制级输入的交流网络参数，确定所述输入控制参数；
基于所述输入控制级的输出信号，调节所述隔离控制参数；
基于所述反馈信号以及所述隔离控制参数，调节所述逆变控制参数。
在图1基础上，参见图2。图2示出了图1中部分控制级的进一步细节。
在图2中，所述输入控制级包括多个并联的高压整流电路；
所述隔离控制级包括DC-DC变换电路以及与所述DC-DC变换电路连接的隔离保护电路；
所述逆变控制级包括多个逆变控制器；
所述输出反馈级连接所述逆变控制级与所述输入控制级。
更具体的，在图2中，所述DC-DC变换电路包括基准源电路；
所述输入控制级连接交流网络，将交流网络输入的交流电网电压转化为直流电压；
所述多个并联的高压整流电路包括第一高压整流电路、第二高压整流电路以及第三高压整流电路；
所述第一高压整流电路、第二高压整流电路以及第三高压整流电路分别输出第一直流电压、第二直流电压以及第三直流电压；
基于所述输入控制参数，确定第一直流电压、第二直流电压或第三直流电压之一作为所述隔离控制级的输入信号；
与此相对应的，基于所述输入控制参数，确定第一直流电压、第二直流电压或第三直流电压之一作为所述基准源电路的输入电压。
作为进一步的示例，将第一直流电压表示为V1，将第二直流电压表示为V2，将第三直流电压表示为V3；
则上述确定所述隔离控制级的输入电压信号以及所述基准源电路的输入电压信号的过程如下：
(1)确定第一直流电压V1、第二直流电压V2以及第三直流电压V3两两之间的电压差值：
V12＝|V1-V2|；
V13＝|V1-V3|；
V23＝|V2-V3|；
(2)确定最小的电压差值：
Vmin＝{V12，V13，V23}；
(3)将Vmin对应的Vi和Vj其中之一作为所述隔离控制级的输入信号，另一个作为所述基准源电路的输入电压，其中，Vi为V1或V2，Vj为V2或者V3，并且Vi≠Vj。
举例来说，假设V12最小，则将V1作为所述隔离控制级的输入电压信号，将V2作为所述基准源电路的输入电压。
作为优选，上述确定过程由所述输入控制级的输入控制参数表征。
继续参见图2，所述隔离控制级还包括高频变压器以及后级转换电路；
所述隔离控制级将输入直流量信号转化为高频方波，将所述高频方波作为所述高频变压器的输入信号后，通过后级转化电路转化回直流量；
所述隔离控制参数用于确定所述高频变压器的输出功率。
所述逆变控制器将输入的直流量信号执行逆变输出；
所述逆变控制参数用于确定所述逆变控制器的输出电压值。
所述DC-DC变换电路包括基准源电路；
基于所述输入控制参数，确定第一直流电压、第二直流电压或第三直流电压之一作为所述基准源电路的输入电压。
在所述基准源电源中，配置启动电路，所述启动电路连接至基准源，构成变换器的所述基准源电路。
接下来，参见图3。图3是用于图1所述变换器的电源组件盒的内部模块示意图。
在图3中，示出一种电源组件盒，其中包括多种电源组件，所述多种电源组件包括基准源、保护单元以及反馈单元。
更具体的，在图3基础上，参见图4，所述反馈单元包括第一反馈支路和第二反馈支路；所述第一反馈支路的输入端与所述第二反馈支路的输出端通过偏置支路连接；所述基准源同时连接所述第一反馈支路和所述第二反馈支路；
作为优选，所述第一反馈支路包含第一误差放大器，所述第一误差放大器的正相输入端连接所述基准源电路；所述第一误差放大器的反相输入端与所述第二反馈支路的输出端连接。
所述偏置电路为所述第一反馈支路和第二反馈支路提供偏置反馈信号。
继续的，在图3和图4基础上，参见图5。
所述保护单元还包括输入保护电路和输出保护电路；
所述输入保护电路连接所述第一反馈支路的输出端和输入控制级；
所述输出保护电路连接所述第二反馈支路的输入端和输出反馈级。
所述电源组件构成了上述变换器的相关部分，包括：所述隔离控制级包括保护单元；所述输出反馈级包括反馈单元。
本发明的优点至少体现在：
(1)实现了多级控制参数的可调节控制，从而扩大了适用范围；
(2)调节控制基于实际负载网络以及实际输入端的参数确定，能够动态的自调节；
(3)反馈控制支路基于输出信号和保护信号实现了输入端的闭环反馈，确保了变换器的输出稳定和电压安全；
(4)提出的电源组件以及电源组件盒，能够使得变换器的核心组件部分能够移植到其他变换器中，进一步扩大了使用范围。
需要指出的是，在本发明的各个实施例中给出的说明书附图描述仅仅是示意性的，不代表全部的具体的电路结构；
本发明未特别明确的部分模块结构，以现有技术记载的内容为准。本发明在前述背景技术部分提及的现有技术可作为本发明的一部分，用于理解部分技术特征或者参数的含义。本发明的保护范围以权利要求实际记载的内容为准。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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