本發(fā)明屬于電力設備，具體涉及一種雙向四端口三相dc-ac變換器及其調制策略。

背景技術：

1、近年來，隨著全球對可再生能源的重視和發(fā)展，太陽能、風能等分布式能源的大規(guī)模接入，以及在現(xiàn)代混合交直流微電網(wǎng)環(huán)境下的應用需求，使得電網(wǎng)的結構和運行模式發(fā)生了深刻變化。傳統(tǒng)電網(wǎng)主要依賴集中式發(fā)電和單向電能傳輸，即電能從發(fā)電站輸送到各級電網(wǎng)，再傳輸?shù)浇K端用戶。這種模式下，電力流動方向單一，電能轉換過程較為簡單。而在現(xiàn)代能源結構中，可再生能源和分布式發(fā)電系統(tǒng)逐漸成為主流，它們具有輸出電壓和功率不穩(wěn)定的特點，需要靈活、高效的電能變換與管理技術來適應其波動性和間歇性。混合交直流微電網(wǎng)是應對這一挑戰(zhàn)的重要技術路徑之一，它將直流電源和交流電源有機結合，能夠更高效地利用各種類型的電源，提高電網(wǎng)的靈活性和穩(wěn)定性。在這種背景下，傳統(tǒng)的dc-ac變換器已不能滿足實際需求。這些變換器通常只能處理單一類型的電壓轉換，且效率和靈活性有限，難以在多端口、多模式的復雜應用中發(fā)揮理想的性能。

2、另外，隨著智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對電能質量和轉換效率的要求也越來越高。多端口變換器和多模式工作方式的研究成為熱點，以其在不增加硬件成本的情況下，通過優(yōu)化控制策略，提高變換器的整體性能和適應性。這就要求新的變換器拓撲結構不僅能夠實現(xiàn)高效的電能轉換，還要能夠在不同工作模式下靈活切換，并適應多種電壓和功率需求。在這種背景下，開發(fā)一種能夠靈活處理多端口、多模式的雙向dc-ac變換器成為一種迫切的技術需求。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的上述不足，本發(fā)明提供一種雙向四端口三相dc-ac變換器及其調制策略，以解決上述技術問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種雙向四端口三相dc-ac變換器，包括dc-dc變換器、雙輸出變換器、低壓直流端口vdc1、高壓直流端口vdc2和兩個交流電壓端口vac1、vac2；

3、低壓直流端口vdc1與儲能電池相連，低壓直流端口vdc1的正極和負極之間并聯(lián)有電容c1；

4、dc-dc變換器的第一端和雙輸出變換器的第一端均連接到低壓直流端口vdc1的正極，dc-dc變換器的第二端和雙輸出變換器的第二端均連接到高壓直流端口vdc2的正極，高壓直流端口vdc2的正極還與直流母線正極端p相連，dc-dc變換器的第三端、低壓直流端口vdc1的負極、雙輸出變換器的第三端和高壓直流端口vdc2的負極均接地，高壓直流端口vdc2的負極還與直流母線負極端n相連，雙輸出變換器的第四端通過交流電壓端口vac1連接到外部三相負載，雙輸出變換器的第五端通過交流電壓端口vac2連接到外部電網(wǎng)；

5、雙輸出變換器包括三相橋臂，分別為a相橋臂、b相橋臂和c相橋臂，每相橋臂由6個開關模塊sx1～sx6組成，其中，x∈{a，b，c}。

6、本技術方案的進一步改進還有，dc-dc變換器包括電感l(wèi)1、絕緣柵雙極晶體管s1、絕緣柵雙極晶體管s2和電容c2，電感l(wèi)1的第一端連接到低壓直流端口vdc1的正極，電感l(wèi)1的第二端連接到絕緣柵雙極晶體管s1的發(fā)射極和絕緣柵雙極晶體管s2的集電極，絕緣柵雙極晶體管s1的集電極和電容c2的第一端均連接到高壓直流端口vdc2的正極，絕緣柵雙極晶體管s2的發(fā)射極和電容c2的第二端均接地。

7、本技術方案的進一步改進還有，a相橋臂包括絕緣柵雙極晶體管sa1、絕緣柵雙極晶體管sa2、絕緣柵雙極晶體管sa3、絕緣柵雙極晶體管sa4、絕緣柵雙極晶體管sa5和絕緣柵雙極晶體管sa6；

8、絕緣柵雙極晶體管sa1的集電極連接到高壓直流端口vdc2的正極，絕緣柵雙極晶體管sa1的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sa2的集電極和外部三相負載的a相輸入端，絕緣柵雙極晶體管sa2的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sa4的集電極和絕緣柵雙極晶體管sa5的集電極，絕緣柵雙極晶體管sa4的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sa3的發(fā)射極，絕緣柵雙極晶體管sa3的集電極連接到低壓直流端口vdc1的正極，絕緣柵雙極晶體管sa5的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sa6的集電極，絕緣柵雙極晶體管sa5的發(fā)射極通過電感l(wèi)a連接到外部電網(wǎng)的a相線路，絕緣柵雙極晶體管sa6的發(fā)射極接地。

9、本技術方案的進一步改進還有，b相橋臂包括絕緣柵雙極晶體管sb1、絕緣柵雙極晶體管sb2、絕緣柵雙極晶體管sb3、絕緣柵雙極晶體管sb4、絕緣柵雙極晶體管sb5和絕緣柵雙極晶體管sb6；

10、絕緣柵雙極晶體管sb1的集電極連接到高壓直流端口vdc2的正極，絕緣柵雙極晶體管sb1的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sb2的集電極和外部三相負載的b相輸入端，絕緣柵雙極晶體管sb2的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sb4的集電極和絕緣柵雙極晶體管sb5的集電極，絕緣柵雙極晶體管sb4的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sb3的發(fā)射極，絕緣柵雙極晶體管sb3的集電極連接到低壓直流端口vdc1的正極，絕緣柵雙極晶體管sb5的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sb6的集電極，絕緣柵雙極晶體管sb5的發(fā)射極通過電感l(wèi)b連接到外部電網(wǎng)的b相線路，絕緣柵雙極晶體管sb6的發(fā)射極接地。

11、本技術方案的進一步改進還有，c相橋臂包括絕緣柵雙極晶體管sc1、絕緣柵雙極晶體管sc2、絕緣柵雙極晶體管sc3、絕緣柵雙極晶體管sc4、絕緣柵雙極晶體管sc5和絕緣柵雙極晶體管sc6；

12、絕緣柵雙極晶體管sc1的集電極連接到高壓直流端口vdc2的正極，絕緣柵雙極晶體管sc1的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sc2的集電極和外部三相負載的c相輸入端，絕緣柵雙極晶體管sc2的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sc4的集電極和絕緣柵雙極晶體管sc5的集電極，絕緣柵雙極晶體管sc4的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sc3的發(fā)射極，絕緣柵雙極晶體管sc3的集電極連接到低壓直流端口vdc1的正極，絕緣柵雙極晶體管sc5的發(fā)射極連接到絕緣柵雙極晶體管sc6的集電極，絕緣柵雙極晶體管sc5的發(fā)射極通過電感l(wèi)c連接到外部電網(wǎng)的c相線路，絕緣柵雙極晶體管sc6的發(fā)射極接地。

13、本技術方案的進一步改進還有，由a相橋臂、b相橋臂和c相橋臂中三個連接到外部三相負載的輸出端口組成第一逆變級，由a相橋臂、b相橋臂和c相橋臂中三個連接到外部電網(wǎng)的輸出端口組成第二逆變級。

14、第二方面，本發(fā)明提供一種基于上述任一項所述的雙向四端口三相dc-ac變換器的三角載波調制策略，包括：

15、獲取開關模塊sx1～sx6的開通情況；

16、根據(jù)開關模塊sx1～sx6的開通情況確定第一逆變級和第二逆變級對應輸出端口的輸出相電壓；

17、根據(jù)低壓直流端口vdc1和高壓直流端口vdc2處的電平對三角載波進行調制；

18、根據(jù)調制后的三角載波以及確定出的兩個輸出相電壓并結合調制約束條件對三相調制波進行調制；

19、根據(jù)調制后的三角載波和三相調制生成各相橋臂的開關驅動信號。

20、本技術方案的進一步改進還有，調制約束條件為：調制時，第一逆變級中橋臂的輸出相電壓不能小于第二逆變級中橋臂的輸出相電壓。

21、本技術方案的進一步改進還有，當vdc1>1/2vdc2時，第一逆變級的三相調制波為：

22、；

23、本技術方案的進一步改進還有，當vdc1>1/2vdc2時，第二逆變級的三相調制波為：

24、；

25、其中，m1和m2均為調制度，線性取值范圍是0到1；和為輸出角頻率，和為初相角，和為直流偏移量。

26、本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明公開了一種新型的雙向四端口三相dc-ac變換器拓撲結構，用于混合交直流微電網(wǎng)。針對混合交直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，本發(fā)明的拓撲結構具有兩個直流端口和兩個三相交流端口，即一個低壓直流端口vdc1、一個高壓直流端口vdc2和兩個交流電壓端口vac1和vac2，通過控制開關模塊可以使變換器運行于單輸入單輸出、單輸入雙輸出、雙輸入單輸出或雙輸入雙輸出的工作模式，與傳統(tǒng)兩級式結構相比，有效減小了dc-ac變換器的功率容量、損耗以及體積成本，可以很好地被應用到混合交直流微電網(wǎng)中。

27、此外，本發(fā)明設計原理可靠，結構簡單，具有非常廣泛的應用前景。