本發(fā)明涉及電能電壓轉(zhuǎn)化，特別涉及一種九開關(guān)四端口電能路由器。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)今電車飛速發(fā)展，在電車中需要三相電壓、單相電壓、低壓直流與高壓直流。且太陽能光伏能板也可作為高壓直流端輸入，且可以輸出三種電壓（三相交流、單相交流、直流）進(jìn)行直接使用。多端口能量路由器是一種高性能的多端口轉(zhuǎn)換器，該拓?fù)洳捎昧司砰_關(guān)背靠背的主拓?fù)?，但將其使用在電壓等?jí)和電壓種類轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域上，該拓?fù)渚哂杏米钌俚拈_關(guān)管完成四個(gè)端口的能量傳輸?shù)膬?yōu)勢，其中的電壓等級(jí)和種類有三相交流220v、單相220v、高壓直流750v、和低壓直流48v，可以應(yīng)用在電動(dòng)汽車的內(nèi)部需求，如三相電壓可以帶三相電機(jī)，直流750v為電車電池電壓，48v可以為汽車內(nèi)部輔助供電，且單相可以應(yīng)用在家庭用電。且低壓直流可以在0~76v內(nèi)可調(diào)，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)用電或者家庭用電。

2、多端口能量路由器為一種新提出的拓?fù)?，由于開關(guān)管復(fù)用的限制，和電壓種類和電壓等級(jí)的多樣性，則必須將傳統(tǒng)的dq解耦控制、九開關(guān)變換器的極限控制和直流電壓占空比控制等特點(diǎn)結(jié)合并使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的電車和光伏能源發(fā)展，本發(fā)明提供的一種九開關(guān)四端口電能路由器可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)拓?fù)渫瓿啥喾N電壓需求的供給，利用在電車方面，極大的縮小體積；在光伏能源方面，實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)化，將直流電轉(zhuǎn)化為三相電車充電、家用電和低壓直流設(shè)備的充電。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

3、一種九開關(guān)四端口電能路由器，四個(gè)輸出端口即三相電壓端口、單相電壓端口、高壓直流端口和低壓直流端口，功率開關(guān)管九個(gè)即s1~s9，其中s1、s2和s3對(duì)應(yīng)a相橋臂，s4、s5和s6對(duì)應(yīng)b相橋臂，s7、s8和s9對(duì)應(yīng)c相橋臂；

4、所述高壓直流端口為vdc1，端口由cdc1與rdc1負(fù)載并聯(lián)組成或者接直流源750v輸入，當(dāng)其為負(fù)載時(shí)，其額定電壓為750v，可供高壓新能源公交車充電；

5、所述低壓直流端口為vdc2，端口由cdc2、ldc2和rdc2負(fù)載組成，且cdc2、rdc2并聯(lián)且與ldc2串聯(lián)；其額定電壓為48v，可供車載電源或者其他直流設(shè)備充電；

6、所述單相交流端口為vac，端口由cac、lac和rac負(fù)載組成，且cac、rac并聯(lián)且與lac；其額定電壓為220v，可供家用電或者220v額定交流輸入設(shè)備使用；

7、所述三相端口接入三相電源時(shí)，va、vb和vc三相輸入端接入三相電感l(wèi)a、lb和lc三個(gè)升壓電感，當(dāng)其接三相負(fù)載時(shí)，則a相負(fù)載由la、ca和ra組成，且ca、ra并聯(lián)且與la串聯(lián)；b相負(fù)載由lb、cb和rb組成，且cb、rb并聯(lián)且與lb串聯(lián)；c相負(fù)載由lc、cc和rc組成，且cc、rc并聯(lián)且與lc串聯(lián)；每相額定輸出為220v交流，可供三相電機(jī)使用；

8、所述整流模式能量流動(dòng)方向可為三相交流va、vb和vc到單相輸出端口vac和高壓直流和低壓直流端口vdc1和vdc2，當(dāng)逆變模式能量流動(dòng)方向可為高壓直流端口vdc1到單相輸出端口vac和三相交流va、vb、vc和低壓直流端口vdc2，用于實(shí)現(xiàn)多端口能量路由器的功能。

9、進(jìn)一步的，所述多端口能量路由器包括2種工作模式；

10、其中，工作模式1為整流模式，由vdc1高壓直流端口作為輸入，接入直流750v，通過調(diào)制復(fù)用開關(guān)管使得a相橋臂的s1開關(guān)管源級(jí)輸出a相電壓和單相電壓，通過調(diào)制復(fù)用開關(guān)管使得b相橋臂的s4開關(guān)管源級(jí)輸出b相電壓和單相電壓，通過調(diào)制復(fù)用開關(guān)管使得c相橋臂的s7開關(guān)管源級(jí)輸出c相電壓，和低壓直流電壓；

11、以a相橋臂為例，開關(guān)管每個(gè)時(shí)刻有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，分為s1與s2、s1與s3、s2與s3導(dǎo)通；當(dāng)s1與s2導(dǎo)通時(shí)，則為a相和單相的正半周期，vdc1（750v）向la、lac和cac充電；當(dāng)s1與s3通時(shí)，則為a相在正半周期和單相的負(fù)半周期，vdc1（750v）向la充電，lac和cac放電后且反向充電；s2與s3通時(shí)，則為a相和單相的負(fù)半周期，?la、lac和cac放電后且反向充電；b相與a相類似；

12、c橋臂掛低壓直流端口vdc2，與a相和b相有所不同，開關(guān)管在任意時(shí)刻有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，分為s7與s8、s7與s9、s8與s9；當(dāng)s7與s8導(dǎo)通，c相處于正半期，低壓直流vdc2處于buck充電狀態(tài)，vdc1(750v)向la、ldc2和cdc2充電；

13、工作模式2為逆變模式，由va、vb和vc三相端口作為輸入，通過調(diào)制復(fù)用，將三相電壓整流為高壓直流vdc1(750v),且通過調(diào)制將750v直流逆變?yōu)閱蜗?20v，且將750v降壓為48v的直流輸出；

14、與b相類似，以a相為例，開關(guān)管任意時(shí)刻有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，分為s1與s2、s1與s3、s2與s3導(dǎo)通；當(dāng)s1與s2導(dǎo)通時(shí)，則為a相和單相的正半周期，a相向單相l(xiāng)ac和cac和高壓直流vdc1與cdc1充電；當(dāng)s1與s3導(dǎo)通時(shí)，則為a相在正半周期和單相的負(fù)半周期，a相向高壓直流vdc1與cdc1充電，lac和cac放電；s2與s3通時(shí)，則為a相和單相的負(fù)半周期，高壓直流端口cdc1向rdc1放電，單相交流端口lac和cac放電；

15、以c相為例開關(guān)管任意時(shí)刻有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，分為s7與s8、s7與s9、s8與s9導(dǎo)通，當(dāng)s7與s8導(dǎo)通時(shí)，則為c相和單相的正半周期，c相電壓向高壓直流cdc1與rdc1充電，高壓直流端口整流為750v，高壓直流向ldc1、cdc1和rdc1充電；當(dāng)s7與s9導(dǎo)通，c相處于正半周，c相電壓向高壓直流cdc1與rdc1充電，低壓端口ldc2向cdc2續(xù)流放電；當(dāng)s8與s9導(dǎo)通時(shí)，c相處于負(fù)半周，高壓直流端口cdc1向rdc1放電，低壓直流端口ldc2向cdc2續(xù)流放電。

16、進(jìn)一步的，所述多端口能量路由器還包括第一控制模塊和第二控制模塊；

17、其中，第一控制模塊：控制mosfet功率管s1、s2、s3、s4、s5、s6和s7的導(dǎo)通和關(guān)斷；

18、第二控制模塊：控制mosfet功率管s8和mosfet功率管s9的導(dǎo)通與關(guān)斷。

19、進(jìn)一步的，所述第一控制模塊控制mosfet功率管s1、s2、s3、s4、s5、s6和s7的導(dǎo)通和關(guān)斷的方法為：

20、以整流模式為例，第一控制為：將通過采樣輸出直流電壓vdc1與直流電壓參考值vdc1*作差得到第一差值δvdc1，將δvdc1經(jīng)第一pi比例積分控制器pi1后與三相輸入電流dq解耦的d軸分量相減，通過電流環(huán)的pi比例積分控制器pi2后，加上調(diào)制度0.83得到ud；將負(fù)的iq分量進(jìn)入電流環(huán)的pi比例積分控制器，再取反得到uq，ud與uq進(jìn)行坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為三相abc坐標(biāo)，加上/減去直流偏置后與載波比較得到mosfet功率管s1、s3、s4、s6和s7的控制脈沖；將s1、s3的控制脈沖取反相加得到s2和s5的控制脈沖。

21、進(jìn)一步的，所述第二控制模塊包括依次連接的直流電壓降頻單元、電壓外環(huán)dq解耦控制單元、電流內(nèi)環(huán)控制單元和spwm。

22、進(jìn)一步的，所述直流電壓降頻單元的輸入端作為第二控制模塊的輸入端，所述第二控制通過vdc2與直流電壓參考值vdc2*作差后進(jìn)入pi比例積分控制器，得到低壓直流buck的占空比，再與載波比較得到s8和s9的控制脈沖，可分別得到mosfet功率管s8和mosfet功率管s9控制脈沖。

23、進(jìn)一步的，所述直流電壓降頻單元的輸入端接收輸出直流電壓vdc1與直流電壓參考值vdc1*作差得到的δvdc1，所述直流電壓降頻單元的輸入端接收輸出直流電壓vdc2與直流電壓參考值vdc2*作差得到的δvdc2，將所述δvdc1和δvdc2經(jīng)過pi環(huán)后與載波比較得到控制脈沖。

24、本發(fā)明的有益效果是：

25、（1）設(shè)置兩個(gè)控制單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)九個(gè)mosfet功率管的控制，從而使得多端口能量路由器能在兩個(gè)工作方式；

26、（2）采用傳統(tǒng)的dq解耦控制、九開關(guān)變換器的極限控制和直流電壓占空比控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多端口能量路由器可以實(shí)現(xiàn)多種電壓類型轉(zhuǎn)化的功能，達(dá)到能量路由器的目的；

27、（3）具有電車所用與所需的所用電壓等級(jí)和種類，且可應(yīng)用在家庭光伏儲(chǔ)能方面，利用十分廣泛。