本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器及新能源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著新能源技術(shù)的日趨成熟，大量的新能源系統(tǒng)投入到電力應(yīng)用中，用戶對(duì)于新能源系統(tǒng)中電力電子電路的效率、安全性等性能的要求也越來(lái)越高。

在實(shí)際應(yīng)用中，新能源系統(tǒng)存在輸出電壓較低以及電壓間歇性輸出的問(wèn)題。如圖1、圖2所示，圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的一種新能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為現(xiàn)有技術(shù)提供的另一種新能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

為解決新能源系統(tǒng)輸出電壓較低的問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)在新能源系統(tǒng)的電源模塊1與負(fù)載4或者電源模塊1與電網(wǎng)4之間額外增加dc/dc變換器2和dc/ac變換器3，將電源模塊1的輸出電壓提升至負(fù)載所需電壓或者電網(wǎng)4電壓。

為解決新能源系統(tǒng)電壓間歇性輸出的問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)增加儲(chǔ)能裝置5，使新能源系統(tǒng)在輸出電壓不足的情況下還可以通過(guò)儲(chǔ)能裝置5平滑穩(wěn)定的輸出電壓至負(fù)載4或者電網(wǎng)4。此外，為了實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置5和新能源系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)，儲(chǔ)能裝置5與外部設(shè)備(例如電源模塊1與負(fù)載4或者電源模塊1與電網(wǎng)4)之間需要增加雙向dc/dc變換器6或者雙向dc/ac變換器7，新能源系統(tǒng)輸出電壓充足時(shí)通過(guò)雙向dc/dc變換器6或者雙向dc/ac變換器7為儲(chǔ)能裝置5充電，新能源系統(tǒng)輸出電壓不足時(shí)，儲(chǔ)能裝置5通過(guò)雙向dc/dc變換器6或者雙向dc/ac變換器7向電網(wǎng)4或者負(fù)載4輸出電壓。

可見，現(xiàn)有技術(shù)采用三個(gè)變換器解決新能源系統(tǒng)輸出電壓較低以及電壓間歇性輸出的問(wèn)題，使得整個(gè)新能源系統(tǒng)存在電路級(jí)數(shù)增多、成本高、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易控制以及效率低的問(wèn)題。

因此，如何提供一種解決上述技術(shù)問(wèn)題的方案是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器，通過(guò)控制兩個(gè)開關(guān)管的占空比既實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能裝置和新能源系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)又可以將新能源系統(tǒng)的輸出電壓提升至負(fù)載所需電壓或者電網(wǎng)電壓，第一電感、第二電感、第一電容、第二電容及第三電容構(gòu)成的阻抗網(wǎng)絡(luò)與半橋變換器共享了一個(gè)電容橋臂，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，提高了新能源系統(tǒng)的工作效率，降低了成本。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器，應(yīng)用于新能源系統(tǒng)，包括二極管、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容及第三電容，其中：

所述二極管的陽(yáng)極與電源模塊的正極連接，所述二極管的陰極分別與所述第一電感的第一端及所述第一電容的第一端連接，所述第一電感的第二端分別與所述第二電容的第一端及所述第一開關(guān)管的第一端連接，所述第一開關(guān)管的第二端分別與負(fù)載或者電網(wǎng)的第一端及所述第二開關(guān)管的第一端連接，所述第二開關(guān)管的第二端分別與所述第三電容的第一端、所述第二電感的第一端及儲(chǔ)能裝置的正極連接，所述第二電感的第二端分別與所述儲(chǔ)能裝置的負(fù)極、所述第二電容的第二端及所述電源模塊的負(fù)極連接，所述第三電容的第二端分別與所述負(fù)載或者電網(wǎng)的第二端及所述第一電容的第二端連接。

優(yōu)選地，所述第二電容的容值等于所述第一電容與所述第三電容串聯(lián)的容值。

優(yōu)選的，所述第一電感的電感值等于所述第二電感的電感值。

優(yōu)選的，當(dāng)所述第一開關(guān)的占空比d1≥0.5，所述第二開關(guān)管的占空比d2＝0.5時(shí)，所述負(fù)載或者所述電網(wǎng)的第一端的電壓為所述負(fù)載或者所述電網(wǎng)的第二端的電壓為所述儲(chǔ)能裝置的正極的電壓為所述儲(chǔ)能裝置的負(fù)極的電壓為其中，vd為電源模塊的輸出電壓。

優(yōu)選的，所述第一開關(guān)管與所述第二開關(guān)管均為nmos，其中，所述第一開關(guān)管的第一端與所述第二開關(guān)管的第一端均為nmos的漏極，所述第一開關(guān)管的第二端與所述第二開關(guān)管的第二端均為nmos的源極。

優(yōu)選的，所述第一開關(guān)管與所述第二開關(guān)管均為igbt，其中，所述第一開關(guān)管的第一端與所述第二開關(guān)管的第一端均為igbt的集電極，所述第一開關(guān)管的第二端及所述第二開關(guān)管的第二端均為igbt的發(fā)射極。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種新能源系統(tǒng)，包括電源模塊及儲(chǔ)能裝置，還包括負(fù)載或者電網(wǎng)，還包括如上述所述的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器。

優(yōu)選的，所述電源模塊為太陽(yáng)電池板。

優(yōu)選的，所述儲(chǔ)能裝置為超級(jí)電容或者電池存儲(chǔ)儲(chǔ)能裝置。

本發(fā)明提供了一種基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器，應(yīng)用于新能源系統(tǒng)，包括二極管、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容及第三電容，其中：

二極管的陽(yáng)極與電源模塊的正極連接，二極管的陰極分別與第一電感的第一端及第一電容的第一端連接，第一電感的第二端分別與第二電容的第一端及第一開關(guān)管的第一端連接，第一開關(guān)管的第二端分別與負(fù)載或者電網(wǎng)的第一端及第二開關(guān)管的第一端連接，第二開關(guān)管的第二端分別與第三電容的第一端、第二電感的第一端及儲(chǔ)能裝置的正極連接，第二電感的第二端分別與儲(chǔ)能裝置的負(fù)極、第二電容的第二端及電源模塊的負(fù)極連接，第三電容的第二端分別與負(fù)載或者電網(wǎng)的第二端及第一電容的第二端連接。

可見，本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器中的第一電感、第二電感、第一電容、第二電容及第三電容構(gòu)成了阻抗網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)控制兩個(gè)開關(guān)管的占空比既實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能裝置和新能源系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)又可以將新能源系統(tǒng)的輸出電壓提升至負(fù)載所需電壓或者電網(wǎng)電壓，相比于現(xiàn)有技術(shù)采用三個(gè)變換器解決新能源系統(tǒng)輸出電壓較低以及電壓間歇性輸出的問(wèn)題，本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器的阻抗網(wǎng)絡(luò)與半橋變換器共享了一個(gè)電容橋臂，大大的簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，降低了電路級(jí)數(shù)，并且只需要控制兩個(gè)開關(guān)管的占空比即可解決上述問(wèn)題，控制方式簡(jiǎn)單，提高了新能源系統(tǒng)的電路工作效率，降低了成本。

本發(fā)明還提供了一種新能源系統(tǒng)，具有如上述基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器所述的有益效果。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的一種新能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)提供的另一種新能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在工作模式1下的工作波形圖；

圖5為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管開通、第二開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的工作過(guò)程示意圖；

圖6為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管及第二開關(guān)管均開通時(shí)的工作過(guò)程示意圖；

圖7為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管關(guān)斷、第二開關(guān)管開通時(shí)的工作過(guò)程示意圖；

圖8為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管開通、第二開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的工作過(guò)程示意圖；

圖9為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管及第二開關(guān)管均開通時(shí)的工作過(guò)程示意圖；

圖10為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管關(guān)斷、第二開關(guān)管開通的工作過(guò)程示意圖；

圖11為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管開通、第二開關(guān)管關(guān)斷的工作過(guò)程示意圖；

圖12為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管關(guān)斷、第二開關(guān)管開通的工作過(guò)程示意圖；

圖13為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管及第二開關(guān)管均開通時(shí)的工作過(guò)程示意圖；

圖14為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管開通、第二開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的工作過(guò)程示意圖；

圖15為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管關(guān)斷、第二開關(guān)端開通時(shí)的工作過(guò)程示意圖；

圖16為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在工作模式2下的工作波形圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心是提供一種基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器，通過(guò)控制兩個(gè)開關(guān)管的占空比既實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能裝置和新能源系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)又可以將新能源系統(tǒng)的輸出電壓提升至負(fù)載所需電壓或者電網(wǎng)電壓，第一電感、第二電感、第一電容、第二電容及第三電容構(gòu)成的阻抗網(wǎng)絡(luò)與半橋變換器共享了一個(gè)電容橋臂，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，提高了新能源系統(tǒng)的工作效率，降低了成本。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的一種基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器的結(jié)構(gòu)示意圖，應(yīng)用于新能源系統(tǒng)，包括二極管d、第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2、第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2、第一電容c1、第二電容c2及第三電容c3，其中：

二極管d的陽(yáng)極與電源模塊的正極連接，二極管d的陰極分別與第一電感l(wèi)1的第一端及第一電容c1的第一端連接，第一電感l(wèi)1的第二端分別與第二電容c2的第一端及第一開關(guān)管s1的第一端連接，第一開關(guān)管s1的第二端分別與負(fù)載或者電網(wǎng)的第一端及第二開關(guān)管s2的第一端連接，第二開關(guān)管s2的第二端分別與第三電容c3的第一端、第二電感l(wèi)2的第一端及儲(chǔ)能裝置的正極連接，第二電感l(wèi)2的第二端分別與儲(chǔ)能裝置的負(fù)極、第二電容c2的第二端及電源模塊的負(fù)極連接，第三電容c3的第二端分別與負(fù)載或者電網(wǎng)的第二端及第一電容c1的第二端連接。

具體的，第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2、第一電容c1、第二電容c2及第三電容c3構(gòu)成阻抗網(wǎng)絡(luò)，第一電容c1、第三電容c3、第一開關(guān)管s1及第二開關(guān)管s2構(gòu)成半橋變換器，阻抗網(wǎng)絡(luò)和半橋變換器共享了第一電容c1和第三電容c3組成的電容橋臂，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。

本申請(qǐng)中，通過(guò)控制兩個(gè)開關(guān)管的占空比即可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置和新能源系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)，還將新能源系統(tǒng)的輸出電壓提升至負(fù)載所需電壓或者電網(wǎng)電壓。

另外，二極管d具有單向?qū)ㄐ裕軌蚍乐棺杩咕W(wǎng)絡(luò)中的電流回流到電源模塊，起到了保護(hù)電路的作用。

本發(fā)明通過(guò)控制兩個(gè)開關(guān)管的占空比既實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能裝置和新能源系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)又可以將新能源系統(tǒng)的輸出電壓提升至負(fù)載所需電壓或者電網(wǎng)電壓，相比于現(xiàn)有技術(shù)采用三個(gè)變換器解決新能源系統(tǒng)輸出電壓較低以及電壓間歇性輸出的問(wèn)題，本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器的阻抗網(wǎng)絡(luò)與半橋變換器共享了一個(gè)電容橋臂，大大的簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，降低了電路級(jí)數(shù)，并且只需要控制兩個(gè)開關(guān)管的占空比即可解決上述問(wèn)題，控制方式簡(jiǎn)單，提高了新能源系統(tǒng)的電路工作效率，降低了成本。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，第二電容c2的容值等于第一電容c1與第三電容c3串聯(lián)的容值。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，第一電感l(wèi)1的電感值等于第二電感l(wèi)2的電感值。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了減少半橋逆變器的輸出波形中的諧波含量，這里可以使第二電容c2的容值等于第一電容c1與第三電容c3串聯(lián)的容值(只是連接形式上的串聯(lián))，即c2＝c1//c3，第一電感l(wèi)1的電感值等于第二電感l(wèi)2的電感值，即l1＝l2，在此條件下，阻抗網(wǎng)絡(luò)為對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管s1的占空比d1≥0.5，第二開關(guān)管s2的占空比d2＝0.5時(shí)，負(fù)載或者電網(wǎng)的第一端的電壓為負(fù)載或者電網(wǎng)的第二端的電壓為儲(chǔ)能裝置的正極的電壓為儲(chǔ)能裝置的負(fù)極的電壓為其中，vd為電源模塊的輸出電壓。

具體的，以電源模塊為太陽(yáng)能電池板為例，基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器存在三種工作模式，分別為：

第一工作模式：在光照充足時(shí)，太陽(yáng)能電池板為儲(chǔ)能裝置和負(fù)載或者儲(chǔ)能裝置和電網(wǎng)提供電能；

第二工作模式：在光照不足時(shí)，太陽(yáng)能電池板為負(fù)載或者電網(wǎng)提供電能，儲(chǔ)能裝置也為負(fù)載或者電網(wǎng)提供電能；

第三工作模式：在沒(méi)有光照時(shí)，太陽(yáng)能電池板不向外界提供電能，儲(chǔ)能裝置為負(fù)載或者電網(wǎng)提供電能。

以基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器工作在第一工作模式為例，介紹基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器的工作過(guò)程：

具體的，設(shè)定第一開關(guān)管s1和第二開關(guān)管s2的開關(guān)周期為t，第一開關(guān)管s1的占空比為d1，第二開關(guān)管s2的占空比為d2，電源模塊的電壓為vd，第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2、第一電容c1、第二電容c2及第三電容c3的電壓分別為vl1、vl2、vc1、vc2及vc3，第一電感l(wèi)1和第二電感l(wèi)2的平均電流為il。

在第一工作模式下，設(shè)定d1≥0.5，d2＝0.5。

電路工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)，基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)主要有3個(gè)工作模態(tài)，第一開關(guān)管s1開通時(shí)間為d1t，第二開關(guān)管s2開通時(shí)間為d2t，開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)如圖4所示，圖4為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在工作模式1下的工作波形圖。基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一工作模式的工作過(guò)程為：

工作模態(tài)1：t0～t1

如圖5所示，圖5為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管s1開通、第二開關(guān)管s2關(guān)斷時(shí)的工作過(guò)程示意圖(實(shí)線表示變換器中有電流流過(guò)的部分，虛線表示變換器中沒(méi)有電流流過(guò)的部分，圖6-圖15同理)；第一開關(guān)管s1開通，第二開關(guān)管s2關(guān)斷，工作模態(tài)1時(shí)長(zhǎng)為(1-d2)t。第一電感l(wèi)1通過(guò)vd-d-l1-c2回路放電，第一電感l(wèi)1的電流il1線性減小。第二電感l(wèi)2通過(guò)vd-d-c1-c3-l2回路放電，第二電感l(wèi)2的電流il2線性減小。對(duì)圖5中節(jié)點(diǎn)5列kcl方程：ic3＝il-ir2-，對(duì)節(jié)點(diǎn)3列kcl方程：ic1＝ic3-iz1+＝(il-ir2-)-iz1+＝il-ir2--iz1+，由圖5分析可知，此時(shí)第一電感l(wèi)1的電壓vl1＝vd-vc2、第二電感l(wèi)2的電壓vl2＝vd-(vc1+vc3)，且由于c2＝c1//c3，l1＝l2，新型阻抗網(wǎng)絡(luò)為對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)，有：vl1＝vl2，vc2＝vc1+vc3。第二電容c2通過(guò)c2-z1-c3-l2回路將電能傳遞給負(fù)載或者電網(wǎng)，此時(shí)負(fù)載或者電網(wǎng)的電壓vo1+＝vc2-(vd-vc1)。電源模塊通過(guò)vd-r2回路將電能傳遞給儲(chǔ)能裝置，此時(shí)儲(chǔ)能裝置的電壓vo2-＝vd-(vc1+vc3)。

工作模態(tài)2：t1～t2

如圖6所示，圖6為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管s1及第二開關(guān)管s2均開通時(shí)的工作過(guò)程示意圖；第一開關(guān)管s1及第二開關(guān)管s2均開通，形成直通模態(tài)，工作模態(tài)2時(shí)長(zhǎng)為(d1+d2-1)t。第一電容c1和第三電容c3通過(guò)第一開關(guān)管s1和第二開關(guān)管s2構(gòu)成的直通橋臂與第一電感l(wèi)1形成回路，并向第一電感l(wèi)1充電，第一電感l(wèi)1電流il1線性增長(zhǎng)。第二電容c2通過(guò)直通橋臂與第二電感l(wèi)2形成回路，并向第二電感l(wèi)2充電，第二電感l(wèi)2電流il2線性增長(zhǎng)。第一電容c1的電流ic1＝-il，對(duì)圖6節(jié)點(diǎn)3列kcl方程：ic3＝ic1-iz1-＝-(il+iz1-)，由圖6分析可知，此時(shí)第一電感l(wèi)1的電壓vl1與第一電容c1和第三電容c3串聯(lián)后的電壓vc1+vc3相等，第二電感l(wèi)2電壓vl2與第二電容c2電壓vc2相等。且由于c2＝c1//c3，l1＝l2，新型阻抗網(wǎng)絡(luò)為對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)，有：vl1＝vl2，vc1+vc3＝vc2，故有：vl1＝vl2＝vc1+vc3＝vc2。第三電容c3通過(guò)c3-z1回路將電能傳遞給負(fù)載或者電網(wǎng)，此時(shí)負(fù)載或者電網(wǎng)的電壓vo1-＝-vc3。第二電容c2通過(guò)c2-r2回路將電能傳遞給儲(chǔ)能裝置，此時(shí)儲(chǔ)能裝置的電壓vo2+＝vc2。

工作模態(tài)3：t2～t3

如圖7所示，圖7為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管s1關(guān)斷、第二開關(guān)管s2開通時(shí)的工作過(guò)程示意圖；第一開關(guān)管s1關(guān)斷、第二開關(guān)管s2開通，工作模態(tài)3時(shí)長(zhǎng)為(1-d1)t。第一電感l(wèi)1通過(guò)vd-d-l1-c2回路放電，第一電感l(wèi)1電流il1線性減小。第二電感l(wèi)2通過(guò)vd-d-c1-c3-l2回路放電，第二電感l(wèi)2電流il2線性減小。對(duì)圖7中節(jié)點(diǎn)5列kcl方程：ic3＝il-iz1--ir2-，對(duì)圖7中節(jié)點(diǎn)3列kcl方程：ic1＝ic3+iz1-＝il-ir2-，由圖7分析可知，此時(shí)第一電感l(wèi)1電壓vl1＝vd-vc2、第二電感l(wèi)2電壓vl2＝vd-(vc1+vc3)，且由于c2＝c1//c3，l1＝l2，新型阻抗網(wǎng)絡(luò)為對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)，有：vl1＝vl2，vc1+vc3＝vc2。此時(shí)負(fù)載或者電網(wǎng)的電壓vo1-＝-vc3。電源模塊通過(guò)vd-r2-l2回路將電能傳遞給儲(chǔ)能裝置，此時(shí)儲(chǔ)能裝置的電壓vo2-＝vd-(vc1+vc3)。

根據(jù)上述分析，負(fù)載或者電網(wǎng)的電壓為正的時(shí)間段為t0～t1，持續(xù)時(shí)長(zhǎng)t1+為(1-d2)t，負(fù)載或者電網(wǎng)的電壓為負(fù)的時(shí)間段為t1～t3，持續(xù)時(shí)長(zhǎng)t1-為(d1+d2-1)t+(1-d1)t＝d2t。由于工作在第一模式下設(shè)定d2＝0.5，則t1+＝t1-，故負(fù)載或者電網(wǎng)的電壓為正、負(fù)電壓交替，且時(shí)長(zhǎng)相等的交流電壓，可作為并網(wǎng)輸出或者為負(fù)載提供所需電壓，除了可以采用上述方式實(shí)現(xiàn)電壓并網(wǎng)輸出，也可以采用spwm(sinusoidalpulsewidthmodulation，正弦曲線脈沖寬度調(diào)制)或者svpwm(spacevectorpulsewidthmodulation，空間矢量脈沖寬度調(diào)制)的控制方式實(shí)現(xiàn)電壓并網(wǎng)輸出，這里不做限定。

儲(chǔ)能裝置的電壓為正的時(shí)間段為t1～t2，持續(xù)時(shí)長(zhǎng)t2+為(d1+d2-1)t，儲(chǔ)能裝置電壓為負(fù)的時(shí)間段為t0～t1，持續(xù)時(shí)長(zhǎng)t2-為(1-d2)t+(1-d1)t＝(1-d1-d2)t。由于工作在第一模式下設(shè)定d2＝0.5，則t2+≠t2-，故儲(chǔ)能裝置的電壓為正、負(fù)電壓交替，且時(shí)長(zhǎng)不相等的電壓，可為儲(chǔ)能裝置充電。

根據(jù)電感的伏秒平衡原理，對(duì)第一電感l(wèi)1列寫伏秒平衡方程式：

(vd-vc2)×(1-d2)t+(vc1+vc3)×(d1+d2-1)t+(vd-vc2)×(1-d1)t＝0(2)

解得：

根據(jù)電容的安秒平衡(電荷平衡)原理，對(duì)第一電容c1列寫安秒平衡方程式：

簡(jiǎn)化得：

根據(jù)電容的安秒平衡(電荷平衡)原理，對(duì)第三電容c3列寫安秒平衡方程式：

簡(jiǎn)化得：

聯(lián)立式(6)和式(9)，可得：

即：

d2vo1+＝-(1-d2)vo1-(11)即：

d2(vc2-(vd-vc1))＝(1-d2)vc3(12)

將vc1+vc3＝vc2代入式(12)解出負(fù)載或者電網(wǎng)的電壓：

對(duì)于儲(chǔ)能裝置的電壓，經(jīng)過(guò)上述分析，有：

根據(jù)第一工作模式下設(shè)定的d1、d2的值，1≤d1+d2＜1.5，根據(jù)式(13)和式(14)可得，負(fù)載或者電網(wǎng)的電壓的峰值可以大于vd，也可以小于vd，可以實(shí)現(xiàn)基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器的升、降壓。此模式下，d2＝0.5，所以有vo1+＝vo1-，根據(jù)式(15)和式(16)可得，儲(chǔ)能裝置的電壓的峰值可以大于vd，也可以小于vd，可以實(shí)現(xiàn)基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器的升、降壓。以d1＝0.75，d2＝0.5為例，得到如圖4所示的波形圖。

基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器工作在第二工作模式的工作流程圖如圖8、圖9、圖10所示，圖8為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管s1開通、第二開關(guān)管s2關(guān)斷時(shí)的工作過(guò)程示意圖，圖9為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管s1及第二開關(guān)管s2均開通時(shí)的工作過(guò)程示意圖，圖10為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管s1關(guān)斷、第二開關(guān)管s2開通的工作過(guò)程示意圖。

基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器工作在第三工作模式的工作流程圖如圖11、圖12所示，圖11為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管s1開通、第二開關(guān)管s2關(guān)斷的工作過(guò)程示意圖，圖12為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管s1關(guān)斷、第二開關(guān)管s2開通的工作過(guò)程示意圖。

基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器工作在第二工作模式和第三工作模式下的工作過(guò)程與基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器工作在第一工作模式下的工作過(guò)程大體相同，在此不再贅述。

下面以d1＝0.5，d2≥0.5為例，介紹基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器工作在第一工作模式下的工作過(guò)程：

如圖13、圖14、圖15所示，圖13為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管s1及第二開關(guān)管s2均開通時(shí)的工作過(guò)程示意圖，圖14為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管s1開通、第二開關(guān)管s2關(guān)斷時(shí)的工作過(guò)程示意圖，圖15為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在第一開關(guān)管s1關(guān)斷、第二開關(guān)端開通時(shí)的工作過(guò)程示意圖；電路工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)，基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)主要有3個(gè)工作模態(tài)，第一開關(guān)管s1開通時(shí)間為d1t，第二開關(guān)管s2開通時(shí)間為d2t，該工作模式的負(fù)載或者電網(wǎng)的電壓為非對(duì)稱電壓，即正負(fù)電壓時(shí)長(zhǎng)不相等。該工作模式的工作過(guò)程與基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器工作在第一工作模式，負(fù)載或者電網(wǎng)的電壓為正、負(fù)電壓交替，時(shí)長(zhǎng)相等的交流電壓時(shí)相同，但是順序不同，同樣可以得出式(17)、式(18)、式(19)、式(20)的表達(dá)式，在此不再贅述。

以d1＝0.5，d2＝0.75為例，得到如圖16所示的波形圖，圖16為本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器在工作模式2下的工作波形圖。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，第一開關(guān)管s1與第二開關(guān)管s2均為nmos，其中，第一開關(guān)管s1的第一端與第二開關(guān)管s2的第一端均為nmos的漏極，第一開關(guān)管s1的第二端與第二開關(guān)管s2的第二端均為nmos的源極。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，第一開關(guān)管s1與第二開關(guān)管s2均為igbt，其中，第一開關(guān)管s1的第一端與第二開關(guān)管s2的第一端均為igbt的集電極，第一開關(guān)管s1的第二端及第二開關(guān)管s2的第二端均為igbt的發(fā)射極。

具體的，nmos具有開關(guān)速度快、開關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn)，igbt具有耐壓等級(jí)高的優(yōu)點(diǎn)。除了可以是上述兩種開關(guān)管以外，還可以是pmos等其他能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明目的的開關(guān)管，這里不做限定。

本發(fā)明提供了一種基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器，應(yīng)用于新能源系統(tǒng)，包括二極管、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容及第三電容，其中，二極管的陽(yáng)極與電源模塊的正極連接，二極管的陰極分別與第一電感的第一端及第一電容的第一端連接，第一電感的第二端分別與第二電容的第一端及第一開關(guān)管的第一端連接，第一開關(guān)管的第二端分別與負(fù)載或者電網(wǎng)的第一端及第二開關(guān)管的第一端連接，第二開關(guān)管的第二端分別與第三電容的第一端、第二電感的第一端及儲(chǔ)能裝置的正極連接，第二電感的第二端分別與儲(chǔ)能裝置的負(fù)極、第二電容的第二端及電源模塊的負(fù)極連接，第三電容的第二端分別與負(fù)載或者電網(wǎng)的第二端及第一電容的第二端連接。

可見，本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器中的第一電感、第二電感、第一電容、第二電容及第三電容構(gòu)成了阻抗網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)控制兩個(gè)開關(guān)管的占空比既實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能裝置和新能源系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)又可以將新能源系統(tǒng)的輸出電壓提升至負(fù)載所需電壓或者電網(wǎng)電壓，相比于現(xiàn)有技術(shù)采用三個(gè)變換器解決新能源系統(tǒng)輸出電壓較低以及電壓間歇性輸出的問(wèn)題，本發(fā)明提供的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器的阻抗網(wǎng)絡(luò)與半橋變換器共享了一個(gè)電容橋臂，大大的簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，降低了電路級(jí)數(shù)，并且只需要控制兩個(gè)開關(guān)管的占空比即可解決上述問(wèn)題，控制方式簡(jiǎn)單，提高了新能源系統(tǒng)的電路工作效率，降低了成本。

本發(fā)明還提供了一種新能源系統(tǒng)，包括電源模塊及儲(chǔ)能裝置，還包括負(fù)載或者電網(wǎng)，還包括如上述所述的基于五端子阻抗網(wǎng)絡(luò)的多端口變換器。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，電源模塊為太陽(yáng)電池板。

具體的，太陽(yáng)能電池板具有將光能轉(zhuǎn)化為電能，減少污染的特點(diǎn)，電源模塊除了可以是太陽(yáng)能電池板以外，還可以是發(fā)電機(jī)等其他能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供電能的裝置。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，儲(chǔ)能裝置為超級(jí)電容或者電池存儲(chǔ)儲(chǔ)能裝置。

具體的，超級(jí)電容具有使用壽命長(zhǎng)、安全、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于本發(fā)明提供的新能源系統(tǒng)的介紹請(qǐng)參照上述實(shí)施例，本發(fā)明在此不再贅述。

還需要說(shuō)明的是，在本說(shuō)明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。