CN104134991B - 一种面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块，由电力电子变换单元、信号处理单元和信号调理单元组成，电力电子变换单元由4个全桥拓扑、2个电容、高频变压器组成；4个全桥拓扑均由功率开关管搭建而成，2个电容为铝电解电容或钽电解电容；高频变压器由初级绕组、次级绕组和磁芯组成；信号处理单元由数字信号处理器、4个驱动芯片组成，数字信号处理器内装有信号处理软件，为具有模数转换功能、定时器、Flash存储器、4个以上PWM发生器的微处理器；本发明体积小，功率密度高，能维持直流微电网中直流母线电压的稳定，实现公用交流电网与直流微电网之间的电气隔离，且能实现微电网并网和孤岛模式之间的无缝切换。

Description

一种面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及到三端口直流母线稳压模块。
背景技术
与传统交流微电网相比，直流微电网中自身多种微型电源与直流母线的连接方式更为简便，不必考虑交流微网中输出电压的频率和相位等问题。对直流微电网的控制只决定于直流母线电压，对交流微电网的控制更大程度上取决于电网电流，因此直流微电网更容易实现分布式电源间的协同控制。当公用交流电网发生故障时，直流微电网能快速地与公用交流电网分离，并能够通过自身的分布式电源维持本***正常运行。
由于微电网中存在电压等级不同的储能装置和分布式电源，直流微电网稳定运行的关键是要保持供电电源端和负荷端能量的平衡，而控制直流微电网能量平衡的关键是对直流母线电压的调整和电能质量的管理。目前，在直流微电网主要有并网和孤岛两种运行模式，在并网模式主要是通过公用交流电网整流来稳定直流母线上的电压，而在孤岛模式下通过储能装置来稳定直流母线电压。因此需要一个三端口模块，即一个端口为公用交流电网整流之后的直流电源装置接口，一个端口为储能装置接口，另外一个端口为直流微电网中直流母线的接口。
目前，没有公开技术文件涉及满足上述功能的三端口模块。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种体积小，功率密度高的面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块，该模块一方面能够维持直流微电网中直流母线电压的稳定，一方面能够实现公用交流电网与直流微电网之间的电气隔离，有利于公用交流电网的安全，且能够实现微电网并网和孤岛模式(微电网脱离大电网之后，能够为本身的至少小部分负载提供电能的一种自治运行模式)之间的无缝切换。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明使用时通过电网接口即火线L、零线N与公用交流电网相连，通过储能装置正极BAT+、储能装置负极BAT-与储能装置相连，通过直流母线的正端LINE+、直流母线的负端LINE与直流微电网中的直流母线相连。
本发明由电力电子变换单元、信号处理单元和信号调理单元组成。电力电子变换单元由第一全桥拓扑、第一电容、第二电容、第二全桥拓扑、第三全桥拓扑、高频变压器、第四全桥拓扑组成。第一全桥拓扑与公用交流电网和第一电容相连，将公用交流电网传来的交流信号转换为整流信号，并将整流信号输出给第一电容。第一电容与第一全桥拓扑、第二全桥拓扑相连，将第一全桥拓扑传来的整流信号变为稳定的第一直流电压信号，并将第一直流电压信号输出给第二全桥拓扑。第二全桥拓扑与第一电容和高频变压器相连，将第一直流电压信号转换为第一交流电压方波信号，并将第一交流电压方波信号传输给高频变压器。第三全桥拓扑与储能装置、高频变压器相连，将储能装置提供的第二直流电压信号转换为第二交流电压方波信号，并将第二交流电压方波信号输到给高频变压器。高频变压器与第二全桥拓扑、第三全桥拓扑和第四全桥拓扑相连，将第一交流电压方波信号耦合到第四全桥拓扑的输入端，将第二交流电压方波信号也耦合到第四全桥拓扑的输入端。第四全桥拓扑与高频变压器和第二电容相连，将第一交流电压方波信号变为第三直流电压信号输出到直流母线，并将第二交流电压方波信号转换为第四直流电压信号输出给直流母线。第二电容与第四全桥拓扑和直流母线相连，起到滤去第三直流信号中的纹波成分的作用。信号调理单元与公用交流电网、储能装置、第一电容、直流母线和信号处理单元相连，将公用交流电网传递过来的交流电压信号和交流电流信号分别调理成电网电压信号和电网电流信号送至信号处理单元；将第一电容提供的第一直流电压信号调理成第一电容电压送至信号处理单元；将储能装置传递过来的第二直流电压信号调理成储能装置电压信号送至信号处理单元；将流过储能装置的第二直流电流信号调理成储能装置电流信号送至信号处理单元；将直流母线提供的第三直流电压信号调理成直流母线电压信号送至信号处理单元；将流过直流母线的第三直流电流信号调理成直流母线电流信号送至信号处理单元。信号处理单元和第一全桥拓扑、第二全桥拓扑、第三全桥拓扑、第四全桥拓扑和信号调理单元相连，对信号调理单元传递过来的电网电压信号、电网电流信号、储能装置电压信号、储能装置电流信号、第一电容电压信号、直流母线电压信号、直流母线电流信号进行处理，将处理之后的结果转换为驱动脉冲信号送至第一全桥拓扑、第二全桥拓扑、第三全桥拓扑和第四全桥拓扑的脉冲输入端。
以下所述第一至第十二功率开关管为场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulatedgatebipolartransistor)。
若功率开关管选用IGBT功率开关管，则功率开关管的第一端为IGBT的门极，功率开关管第二端为IGBT的集电极，功率开关管第三端为IGBT的发射极。若选择场效应晶体管为功率开关管，则功率开关管的第一端为场效应晶体管的栅极，功率开关管第二端为场效应晶体管的漏极，功率开关管第三端为场效应晶体管的源极。
第一全桥拓扑由四个功率开关管组成，第一功率开关管的第二端与第二功率开关管的第二端相连，第一功率开关管的第三端连接到第三功率开关管的第二端。第二功率开关管的第二端既与第一功率开关管的第二端相连，又连接到第一电容的正极，第二功率开关管的第三端连接到第四功率开关管的第二端，并连接到公用交流电网的零线。第三功率开关管的第二端连接到第一功率开关管的第三端，并连接到公用交流电网的火线。第三功率开关管的第三端连接到第四功率开关管的第三端。第四功率开关管的第二端连接到第二功率开关管的第三端，第四功率开关管的第三端既与第三功率开关管的第三端相连，又连接到第一电容的负极。第一全桥拓扑中的功率开关管的第一端与功率开关管的第一端均为第一全桥拓扑脉冲输入端的正端，第一全桥拓扑中的功率开关管的第一端与功率开关管的第一端均为第一全桥拓扑形脉冲输入端的负端。第一全桥拓扑的脉冲输入端与信号处理单元相连。
第一电容为铝电解电容或钽电解电容。选择该电容时应该依据第一全桥拓扑输出的整流信号中的电压信号幅值的大小及其纹波峰-峰值的大小和频率来选取。第一电容的电容值其中V1为整流信号的电压信号平均值、Vr1为整流电压信号纹波的大小、fr1为整流电压信号纹波频率的大小、P为第一全桥拓扑的额定功率(在数值上等于直流微电网中负载的最大功率和分布式电源的最大功率之和)。第一电容的耐压值应为1.2V1。
高频变压器是一个三端口器件，由初级绕组、次级绕组和磁芯组成，其初级绕组由初级第一绕组和初级第二绕组构成。高频变压器的初级第一绕组、初级第二绕组和次级绕组的匝数应根据本发明的最大功率P1、高频变压器的工作频率fs以及高频变压器输出电压和输入电压的大小来确定。
高频变压器初级第一绕组的匝数其中V2是高频变压器初级第一绕组的输入电压，fs为高频变压器的工作频率，BW是磁芯工作密度，Ae为磁芯有效工作面积，BW与Ae是两个与功率相关的参数，具体值通过查看选定磁芯生产厂家的数据手册确定。次级绕组匝数其中V3是高频变压器次级绕组两端的电压。初级第二绕组的匝数其中V4是高频变压器初级第二绕组的输入电压。高频变压器中所使用的磁芯采用ETD型的锰锌铁氧体磁芯。
第二全桥拓扑由四个功率开关管组成，第五功率开关管的第二端与第一电容的正极、第六功率开关管的第二端相连，第五功率开关管的第三端与第七功率开关管的第二端相连，并连接到高频变压器的初级第一绕组的同名端。第六功率开关管的第二端连接到第五功率开关管的第二端，第六功率开关管的第三端与第八功率开关管的第二端相连，并连接到高频变压器的初级第一绕组的异名端。第七功率开关管的第二端连接到第五功率开关管的第三端，第七功率开关管的第三端连接到第一电容的负极，并与第八功率开关管的第三端相连。第八功率开关管的第二端连接到第六功率开关管的第三端，第八功率开关管的第三端连接到第七功率开关管的第三端。第二全桥拓扑中的功率开关管的第一端与功率开关管的第一端均为第二全桥拓扑脉冲输入端的正端，第二全桥拓扑中的功率开关管的第一端与功率开关管的第一端均为第二全桥拓扑形脉冲输入端的负端。第二全桥拓扑的脉冲输入端与信号处理单元相连。
第三全桥拓扑由四个功率开关管组成，其连接方式是：第九功率开关管的第二端与储能装置的正极、第十功率开关管的第二端相连，第九功率开关管的第三端连接到第十一功率开关管的第二端，并均连接到高频变压器的初级第二绕组的同名端。第十功率开关管的第二端连接到第九功率开关管的第二端，第十功率开关管的第三端连接到第十二功率开关管的第二端，并连接到高频变压器的初级第二绕组的异名端。第十一功率开关管的第二端连接到第九功率开关管的第三端，第十一功率开关管的第三端与储能装置的负极、第十二功率开关管的第三端相连。第十二功率开关管的第二端连接到第十功率开关管的第三端，第十二功率开关管的第三端连接到第十一功率开关管的第三端。第三全桥拓扑中的功率开关管的第一端与功率开关管的第一端均为第三全桥拓扑脉冲输入端的正端，第三全桥拓扑中的功率开关管的第一端与功率开关管的第一端均为第三全桥拓扑形脉冲输入端的负端。第三全桥拓扑的脉冲输入端与信号处理单元相连。
第四全桥拓扑由四个功率开关管组成，第十三功率开关管的第二端与直流母线的正端、第十四功率开关管的第二端相连，第十三功率开关管的第三端与第十五功率开关管的第二端相连，且连接到高频变压器的次级绕组的同名端。第十四功率开关管的第二端连接到第十三功率开关管的第二端，第十四功率开关管的第三端连接到第十六功率开关管的第二端，且连接到高频变压器的次级绕组的异名端。第十五功率开关管的第二端连接到第十三功率开关管的第三端，第十五功率开关管的第三端连接到第十六功率开关管的第三端。第十六功率开关管的第二端连接到第十四功率开关管的第三端，第十六功率开关管的第三端与第十五功率开关管的第三端、直流母线的负端相连。第四全桥拓扑中的功率开关管的第一端与功率开关管的第一端均为第四全桥拓扑脉冲输入端的正端，第四全桥拓扑中的功率开关管的第一端与功率开关管的第一端均为第四全桥拓扑形脉冲输入端的负端。第四全桥拓扑的脉冲输入端与信号处理单元相连。
第二电容为铝电解电容或钽电解电容。第二电容值大小与直流母线电压和第三全桥拓扑的输出电流有关。第二电容的电容值第二电容的耐压值为1.2V，其中V为直流母线电压的峰值大小，Vr2为电压纹波的大小，fr2为纹波的频率，I为第三全桥拓扑的输出电流。
信号处理单元由数字信号处理器、四个驱动芯片组成。数字信号处理器选用具有模数转换功能、定时器、Flash存储器、四个以上PWM发生器(即第一PWM发生器、第二PWM发生器、第三PWM发生器、第四PWM发生器)的微处理器，如TI(德州仪器)公司的TMS320F28xx系列、Microchip(微芯)的DSPICFJ16GS504等。数字信号处理器的Flash存储器存有正弦函数表和固定数值D，D＝50％。PWM发生器均具有超前移相控制寄存器、滞后移相控制寄存器、启停控制寄存器。第一PWM发生器与第一驱动芯片相连，根据从正弦函数表获得的正弦函数值向第一驱动芯片输出正弦脉冲即第一脉冲信号；第二PWM发生器与第二驱动芯片相连，根据固定数值D向第二驱动芯片输出第二脉冲信号；第三PWM发生器与第三驱动芯片相连，根据固定数值D向第三驱动芯片输出第三脉冲信号；第四PWM发生器与第四驱动芯片相连，根据固定数值D向第四驱动芯片输出第四脉冲信号。
驱动芯片包括第一驱动芯片、第二驱片、第三驱动芯片和第四驱动芯片。驱动芯片的输出电压、输出电流与驱动芯片所连接的功率开关管门极阈值电压和所需的驱动电流相关，在选取驱动芯片时其输出电压、应大于或等于所连接功率开关管的门极阈值电压；其输出的电流值应大于或等于所连接功率开关管的门极阈值电流。第一驱动芯片与第一PWM发生器和第一全桥拓扑相连，将第一PWM发生器传递过来的第一脉冲信号转换成第一正驱动信号和第一负驱动信号，并将第一正驱动信号传递到第一全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第一负驱动信号传递到第一全桥拓扑脉冲输入端的负端。第二驱动芯片与第二PWM发生器和第二全桥拓扑相连，将第二PWM发生器传递过来的第二脉冲信号转换成第二正驱动信号和第二负驱动信号，并将第二正驱动信号传递到第二全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第二负驱动信号传递到第二全桥拓扑脉冲输入端的负端。第三驱动芯片与第三PWM发生器和第三全桥拓扑相连，将第三PWM发生器传递过来的第三脉冲信号转换成第三正驱动信号和第三负驱动信号，将第三正驱动信号传递给第三全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第三负驱动信号传递给第三全桥拓扑脉冲输入端的负端。第四驱动芯片与第四PWM发生器和第四全桥拓扑相连，将第四PWM发生器传递过来的第四脉冲信号转换成第四正驱动信号和第四负驱动信号，并将第四正驱动信号传递到第四全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第四负驱动信号传递到第四全桥拓扑脉冲输入端的负端。
数字信号处理器内装有信号处理软件，信号处理软件的流程为：
第一步，初始化并判定本发明模块的工作模式：
1.1初始化数字信号处理器的工作频率fg，通过将从正弦函数表获得的正弦函数值赋值给第一PWM发生器的占空比控制寄存器，将第一PWM发生器设定为正弦脉冲即第一脉冲信号输出；通过将固定数值D赋值给第二PWM发生器、第三PWM发生器和第四PWM发生器的占空比控制寄存器，分别将第二PWM发生器设定为固定占空比的第二脉冲信号输出，第三PWM发生器设定为固定占空比的第三脉冲信号输出，第四PWM发生器设定为固定占空比的第四脉冲信号输出。将数值fs赋值给第二PWM发生器、第三PWM发生器和第四PWM发生器的频率控制寄存器，使第二PWM发生器、第三PWM发生器和第四PWM发生器产生脉冲的频率为fs。将固定数值S赋值给定时器，将定时时长设定为TS,其中Ts＝S/fg。fg是数字信号处理器的工作频率，S大于1.2Y，Y为信号处理软件流程单次循环所需执行的语句的条数。
1.2初始化定时器为0，定时器开始计时。
1.3数字信号处理器读取由信号调理单元传递过来的电网电压信号、电网电流信号、储能装置电压信号、储能装置电流信号、第一电容电压信号、直流母线电压信号、直流母线电流信号。
1.4判断Vmin＜Vgrid＜Vmax是否成立，其中Vmax为公用电网所允许工作的最大值，Vmin为公用电网所允许工作的最小值，若成立，则本模块工作于并网模式，跳转至第二步。若不成立，则本模块工作于孤岛模式，跳转至第五步。
第二步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于并网模式：
2.1根据pt＝VlineIline-VgridIgrid计算本发明在并网模式下传递能量的大小pt。
2.2根据得到第二脉冲信号的移相角度其中L是高频变压器的自身漏感，是一个固定的参数。
2.3判断是否成立，若成立，跳转至第三步，若不成立则跳转至第四步。
第三步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于并网馈能模式：
3.1将第二脉冲的移相角度赋值给第二PWM发生器超前移相控制寄存器。
3.2将1赋值给第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
3.3判断定时器是否大于TS，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则跳转至3.4步。
3.4定时器继续计时，跳转至3.3。
第四步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作在并网下公用电网供能模式。
4.1将移相角度赋值给第二PWM发生器滞后移相控制寄存器，并将固定移相角赋值给第一PWM发生器的滞后移相控制器。
4.2将1赋值给第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
4.3判断定时器是否大于TS，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则跳转至4.4步。
4.4定时器继续计时，跳转至4.3。
第五步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作在孤岛模式：
5.1根据Pt'＝VlineIline-VstorageIstorage计算本发明在孤岛模式下传递能量的大小Pt'。
5.2根据得到移相角度
5.3判断是否成立，若成立，则跳转至第六步；若不成立则跳转至第七步。
第六步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于孤岛下储能装置供能模式
6.1将第三脉冲信号的移相角度赋值给第三PWM发生器超前移相控制寄存器。
6.2将1赋值给第三PWM发生器、第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第三PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
6.3判断定时器是否大于TS，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则跳转至6.4步。
6.4定时器继续计时，跳转至6.3；
第七步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于孤岛下储能装置储能模式：
7.1将第三脉冲信号的移相角度赋值给第三PWM发生器滞后移相控制寄存器。
7.2将1赋值给第三PWM发生器、第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第三PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
7.3判断定时器是否大于TS，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则跳转至7.4步。
7.4定时器继续计时之后跳转至7.3。
信号处理软件流程为一个死循环，在面向直流微电网三端口稳压模块正常工作时，会一直重复地执行上述流程。
信号调理单元是一个7输入、7输出的商用单元，由1路交流电压检测电路、1路交流电流检测电路、3路直流电压检测电路和2路直流电流检测电路组成。在选用的信号调理单元时，应注意信号调理单元输入电压、电流和输出电压、电流的范围。输入电压的范围应满足：所允许输入的交流电压范围应大于交流信号的峰值，所允许输入的直流电压范围应大于第一直流电压信号、第二直流电压信号、第三直流电压信号的最大值输入电流的范围应满足：所允许输入的交流电流应大于交流电流的峰值，所允许输入的直流电流应大于第二直流电流信号、第三直流电流信号的最大值。输出电压和电流应小于所连接的模-数转换模块(数字信号处理器自带)所允许的输入的电压和电流值。
本发明的工作过程是：
第一步，信号处理单元中的数字信号处理器读取由信号调理单元传递过来的电网电压信号、电网电流信号、储能装置电压信号、储能装置电流信号、第一电容电压信号、直流母线电压信号、直流母线电流信号。
第二步，初始化定时器为0，定时器开始计时。数字信号处理器中的信号处理软件首先依据Vmin＜Vgrid＜Vmax是否成立，来判断本模块的工作模式。当Vmin＜Vgrid＜Vmax成立时，本发明模块运行在并网模式下，执行第三步；当Vmin＜Vgrid＜Vmax不成立时，本发明模块运行在孤岛模式下，执行第四步。
第三步，本发明运行于并网模式，根据计算式(1)
计算得到第二脉冲的移相角并判断移相角的正负，若执行3.1步；若执行3.2步。
3.1本发明运行于并网馈能模式：
信号处理软件将第二脉冲的移相角度赋值给第二PWM发生器超前移相控制寄存器。将1赋值给第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
第一PWM发生器产生固定占空比的第一脉冲信号，第一驱动芯片将第一PWM发生器传递过来的第一脉冲信号转换成第一正驱动信号和第一负驱动信号，并将第一正驱动信号传递到第一全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第一负驱动信号传递到第一全桥拓扑脉冲输入端的负端。第一全桥拓扑工作在整流状态，将公用交流电网传递过来的交流信号转换为整流信号，并将由公用交流电网传递过来的能量传递给第一电容。第一电容将整流信号转换成第一直流电压信号。
第二PWM发生器产生固定占空比的第二脉冲信号，第二驱动芯片与第二PWM发生器和第二全桥拓扑相连，将第二PWM发生器传递过来的第二脉冲信号转换成第二正驱动信号和第二负驱动信号，并将第二驱动信号传递到第二全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第二负驱动信号传递到第二全桥拓扑脉冲输入端的负端。第二全桥拓扑将第一直流信号转换为频率为fs的第一交流电压方波信号。
第四PWM发生器产生固定占空比的第四脉冲信号，第四驱动芯片与第四PWM发生器和第四全桥拓扑相连，将第四PWM发生器传递过来的第四脉冲信号转换成第四正驱动信号和第四负驱动信号，并将第四正驱动信号传递到第四全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第四正驱动信号传递到第四全桥拓扑脉冲输入端的负端。第四全桥拓扑将高频变压器耦合过来的第一交流方波电压信号转换成第三直流电压信号。
由于将移相角赋值给第二PWM发生器的超前移相控制寄存器，因而第二PWM发生器输出的第二脉冲信号的相位超前于第四PWM发生器输出的第四相位脉冲信号度，使第二全桥拓扑将第一全桥拓扑传递过来的能量通过高频变压器传递给第四全桥拓扑，第四全桥拓扑将能量送至直流母线上，转第五步。因而本发明实现了公用交流电网向直流微电网输送能量的过程，补充了直流微电网中能量的不足，从而维持直流母线电压的稳定。
3.2本发明运行于并网下公用电网供能模式：
信号处理软件将移相角度赋值给第二PWM发生器滞后移相控制寄存器，并将固定移相角赋值给第一PWM发生器的滞后移相控制器。将1赋值给第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器的启停控制寄存器。使第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
第一PWM发生器产生固定占空比的第一脉冲信号，第一驱动芯片将第一PWM发生器传递过来的第一脉冲信号转换成第一正驱动信号和第一负驱动信号，并将第一正驱动信号传递到第一全桥拓扑脉冲输入端的正端M1+，将第一负驱动信号传递到第一全桥拓扑脉冲输入端的负端M1-。由于此时将固定移相角赋值给第一PWM发生器的滞后移相控制器，因而第一全桥拓扑工作在逆变状态，将第一电容提供的第一直流电压信号转换成交流电压信号，并将由第二全桥拓扑传递过来的能量传递给公用交流电网。
第二PWM发生器产生固定占空比的第二脉冲信号，第二驱动芯片与第二PWM发生器和第二全桥拓扑相连，将第二PWM发生器传递过来的第二脉冲信号转换成第二正驱动信号和第二负驱动信号，并将第二驱动信号传递到第二全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第二负驱动信号传递到第二全桥拓扑脉冲输入端的负端。第二全桥拓扑第一直流信号转换为频率为fs的第一交流电压方波信号。
第四PWM发生器产生固定占空比的第四脉冲信号，第四驱动芯片与第四PWM发生器和第四全桥拓扑相连，将第四PWM发生器传递过来的第四脉冲信号转换成第四正驱动信号和第四负驱动信号，并将第四正驱动信号传递到第四全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第四正驱动信号传递到第四全桥拓扑脉冲输入端的负端。第四全桥拓扑将高频变压器耦合过来的第一交流方波电压信号转换成第三直流电压信号。
由于信号处理软件将移相角赋值给第二PWM发生器的滞后移相控制寄存器，因而第二PWM发生器输出的脉冲信号的相位滞后于第四PWM发生器输出的相位脉冲信号度，使第四全桥拓扑将直流母线传递过来的能量送至高频变压器。高频变压器将能量传递给第二全桥拓扑，转第五步。因而本发明模块实现了直流微电网中的剩余能量馈送到交流电网的过程，从而保证了直流微电网中直流母线的稳定。
第四步.本发明运行于孤岛模式，信号处理软件根据式(2)
计算得到第三脉冲的移相角并判断移相角的正负。若执行4.1步，若执行4.2步。
4.1本发明运行于孤岛下储能装置供能模式：
信号处理软件将第三脉冲信号的移相角度赋值给第三PWM发生器超前移相控制寄存器。将1赋值给第三PWM发生器、第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第三PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
第三PWM发生器产生固定占空比的第三脉冲信号。第三驱动芯片与第三PWM发生器和第三全桥拓扑相连，将第三PWM发生器传递过来的第三脉冲信号转换成第三正驱动信号和第三负驱动信号，将第三正驱动信号传递给第三全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第三负驱动信号传递给第三全桥拓扑脉冲输入端的负端。第三全桥拓扑将储能装置提供的第二直流电压信号转换为频率为fs的第二交流方波信号。高频变压器将第三全桥拓扑传递过来的第二交流电压方波信号耦合到第四全桥拓扑。
第四PWM发生器产生固定占空比的第四脉冲信号，第四驱动芯片与第四PWM发生器和第四全桥拓扑相连，将第四PWM发生器传递过来的第四脉冲信号转换成第四正驱动信号和第四负驱动信号，并将第四正驱动信号传递到第四全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第四正驱动信号传递到第四全桥拓扑脉冲输入端的负端。第四全桥拓扑将变压器耦合过来的第二交流方波信号转换成第四直流电压信号。
由于信号处理软件将移相角度赋值给第三PWM发生器超前移相控制寄存器，使第三PWM发生器输出的脉冲信号的相位超前于第四PWM发生器输出脉冲信号的相位度，从而使得第三全桥拓扑将储能装置提供的能量经由高频变压器传送到第四全桥拓扑。全桥拓扑将高频变压器传送过来的能量输送到直流母线上，转第五步。因而本发明实现储能装置向直流微电网提供能量的过程，补充了直流微电网中能量的不足，从而维持直流母线电压的稳定。
4.2本发明运行于孤岛下储能装置储能模式
信号处理软件将第三脉冲信号的移相角度赋值给第三PWM发生器超前移相控制寄存器。将1赋值给第三PWM发生器、第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第三PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
第四PWM发生器产生固定占空比的第四脉冲信号，第四驱动芯片与第四PWM发生器和第四全桥拓扑相连，将第四PWM发生器传递过来的第四脉冲信号转换成第四正驱动信号和第四负驱动信号，并将第四正驱动信号传递到第四全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第四正驱动信号传递到第四全桥拓扑脉冲输入端的负端。第四全桥拓扑将直流母线传递过来的第四直流电压信号转换为第二交流电压方波信号。
第三PWM发生器产生固定占空比的第三脉冲信号。第三驱动芯片与第三PWM发生器和第三全桥拓扑相连，将第三PWM发生器传递过来的第三脉冲信号转换成第三正驱动信号和第三负驱动信号，将第三正驱动信号传递给第三全桥拓扑脉冲输入端的正端，将第三负驱动信号传递给第三全桥拓扑脉冲输入端的负端。第三全桥拓扑高频变压器耦合过来的第二交流电压方波信号转换成第二直流电压信号提供给储能装置。
由于此时信号处理软件将移相角度赋值给第三PWM发生器滞后移相控制寄存器，使第三PWM发生器输出的第三脉冲信号的相位滞后于第四PWM发生器输出的第四脉冲信号的相位度，从而使得第四全桥拓扑将直流微电网中的剩余能量经由第四全桥拓扑传送到高频变压器。高频变压器将全桥拓扑传送过来的能量输送给第三全桥拓扑，转第五步。第三全桥拓扑将由高频变压器传送过来的能量输送给储能装置.因而本发明模块实现直流微电网向储能装置提供能量的过程，吸收了直流微电网中的剩余能量，从而维持直流母线电压的稳定。
第五步，
信号处理软件判断定时器是否大于Ts，若大于，则跳转至第二步，若小于或等于Ts，定时器继续计时，转第五步。
用本发明可以达到以下技术效果：
1.本发明体积小，实现了大电网与直流母线之间的电气隔离。
在本发明由于第一全桥拓扑、第二全桥拓扑、第三全桥拓扑和第四全桥拓扑，使得高频变压器工作频率非常高，根据变压器感生电势E＝4.44fsNφm(N示匝数，φm主磁通密度最大值)可知在相同的感生电势情况下，频率越高，匝数和主磁通密度越小，也就意味着变压器所需铁芯的体积随之减小，因而本发明体积小。高频变压器实现了本发明模块所连接的大电网与直流母线之间的电气隔离，减少了直流微电网对大电网的冲击。
2.控制简单，能够实现直流微电网并网和孤岛模式之间的无缝切换。
本发明通过高频变压器将所连接的用交流电网和储能装置融合在一起。直流微电网在进行模式的切换时，本发明只需根据不同全桥拓扑驱动脉冲之间的相位关系就能控制其本身的功率开关器件来实现运行模式的切换，相比现有的技术方案切换的快速性依赖于地理位置上不同的两套设备之间通信网络的响应速度和稳定，本发明动态响应能力快，能实现直流微电网并网和孤岛模式之间的无缝切换。
附图说明
图1是本发明的使用场景示意图。
图2是信号处理软件流程图。
图3是本发明总体逻辑结构图。
图4是本发明中电力电子变换单元内部连接图；电力电子变换单元由第一全桥拓扑100、第二全桥拓扑200、第三全桥拓扑300、高频变压器400、第一电容、第二电容和第四全桥拓扑500组成。
具体实施方式
本发明可应用于如图1所示的直流微电网中。直流微电网是指由分布式电源14、储能装置12、直流负载15、能量转换装置(本发明131，第一变流装置132，第二变流装置133组成)组成的能够实现自我控制、保护和管理的自治***，既可以与公用交流电网11并网运行，也可以孤立运行，直流负载15通过变流装置133连接在直流母线16上。分布式电源14通过变流装置132连接在直流母线16上。当直流微电网与公用交流电网11并网运行时，公用交流电网11通过本发明131向直流母线16提供能量以维持直流母线16上电压稳定。当直流微电网孤立运行时，如果分布式电源14通过第一变流装置132传递到直流上的能量大于直流母线16通过第二变流装置133传递给直流负载15所需的能量时，直流母线16通过本发明131向储能装置12提供能量以维持直流母线16上直流电压的稳定。当直流微电网孤立运行时，如果分布式电源14通过变流装置132传递到直流上的能量小于直流母线16通过变流装置133传递给直流负载15所需的能量时，储能装置12通过本发明131向直流母线16提供能量以维持直流母线16上直流电压的稳定。
第一步，初始化并判定本发明模块的工作模式：
1.1初始化数字信号处理器的工作频率fg，通过将从正弦函数表获得的正弦函数值赋值给第一PWM发生器的占空比控制寄存器，将第一PWM发生器设定为正弦脉冲即第一脉冲信号输出；通过将固定数值D赋值给第二PWM发生器、第三PWM发生器和第四PWM发生器的占空比控制寄存器，分别将第二PWM发生器设定为固定占空比的第二脉冲信号输出，第三PWM发生器设定为固定占空比的第三脉冲信号输出，第四PWM发生器设定为固定占空比的第四脉冲信号输出。将数值fs赋值给第二PWM发生器、第三PWM发生器和第四PWM发生器的频率控制寄存器，使第二PWM发生器、第三PWM发生器和第四PWM发生器产生脉冲的频率为fs。将固定数值S赋值给定时器，将定时时长设定为Ts,其中Ts＝S/fg。fg是数字信号处理器的工作频率，S大于1.2Y，Y为信号处理软件流程单次循环所需执行的语句的条数。
1.2初始化定时器为0，定时器开始计时。
1.3数字信号处理器读取由信号调理单元700传递过来的电网电压信号Vgrid、电网电流信号Igrid、储能装置电压信号Vstorage、储能装置电流信号Istorage、第一电容电压信号VC、直流母线电压信号Vline、直流母线电流信号Iline。
1.4判断Vmin＜Vgrid＜Vmax是否成立，其中Vmax为公用电网所允许工作的最大值，Vmin为公用电网所允许工作的最小值，若成立，则本模块工作于并网模式，跳转至第二步。若不成立，则本模块工作于孤岛模式，跳转至第五步。
第二步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于并网模式：
2.1根据pt＝VlineIline-VgridIgrid计算本发明在并网模式下传递能量的大小pt。
2.2根据得到第二脉冲信号的移相角度其中L是高频变压器400的自身漏感，是一个固定的参数。
2.3判断是否成立，若成立，跳转至第三步，若不成立则跳转至第四步。
第三步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于并网馈能模式：
3.1将第二脉冲的移相角度赋值给第二PWM发生器超前移相控制寄存器。
3.2将1赋值给第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
3.3判断定时器是否大于Ts，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则跳转至3.4步。
3.4定时器继续计时，跳转至3.3。
第四步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作在并网下公用电网供能模式。
4.1将移相角度赋值给第二PWM发生器滞后移相控制寄存器，并将固定移相角赋值给第一PWM发生器的滞后移相控制器。
4.2将1赋值给第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
4.3判断定时器是否大于Ts，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则转至4.4步。
4.4定时器继续计时，跳转至4.3。
第五步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作在孤岛模式：
5.1根据Pt'＝VlineIline-VstorageIstorage计算本发明在孤岛模式下传递能量的大小Pt'。
5.2根据得到移相角度
5.3判断是否成立，若成立，则跳转至第六步；若不成立则跳转至第七步。
第六步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于孤岛下储能装置供能模式
6.1将第三脉冲信号的移相角度赋值给第三PWM发生器超前移相控制寄存器。
6.2将1赋值给第三PWM发生器、第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第三PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
6.3判断定时器是否大于Ts，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则跳转至6.4步。
6.4定时器继续计时，跳转至6.3；
第七步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于孤岛下储能装置储能模式：
7.1将第三脉冲信号的移相角度赋值给第三PWM发生器滞后移相控制寄存器。
7.2将1赋值给第三PWM发生器、第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第三PWM发生器和第四PWM发生器开始工作。
7.3判断定时器是否大于Ts，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则跳转至7.4步。
7.4定时器继续计时之后跳转至7.3。
信号处理软件流程为一个死循环，在面向直流微电网三端口稳压模块正常工作时，会一直重复地执行上述流程。
图3是本发明总体逻辑结构图。本发明面向直流微电网的直流母线稳压模块由第一拓扑100，第一电容，第一全桥拓扑200、第二全桥拓扑300、高频变压器400、第三全桥拓扑500、第二电容、信号处理单元600和信号调理单元700组成。
第一全桥拓扑100由四个功率开关管组成，第一功率开关管S1的第二端与第二功率开关管S2的第二端相连，第一功率开关管S1的第三端连接到第三功率开关管S3的第二端。第二功率开关管S2的第二端既与第一功率开关管S1的第二端相连，又连接到第一电容的正极，第二功率开关管S2的第三端连接到第四功率开关管S4的第二端，并连接到公用交流电网的零线N。第三功率开关管S3的第二端连接到第一功率开关管S1的第三端，并连接到公用交流电网的火线L。第三功率开关管S3的第三端连接到第四功率开关管S4的第三端。第四功率开关管S4的第二端连接到第二功率开关管S2的第三端，第四功率开关管S4的第三端既与第三功率开关管S3的第三端相连，又连接到第一电容的负极。第一全桥拓扑100中的功率开关管S1的第一端与功率开关管S4的第一端均为第一全桥拓扑100脉冲输入端的正端M1+，第一全桥拓扑100中的功率开关管S2的第一端与功率开关管S3的第一端均为第一全桥拓扑100形脉冲输入端的负端M1-。第一全桥拓扑100的脉冲输入端与信号处理单元600相连。
第二全桥拓扑200由四个功率开关管组成，第五功率开关管S5的第二端与第一电容的正极、第六功率开关管S6的第二端相连，第五功率开关管S5的第三端与第七功率开关管S7的第二端相连，并连接到高频变压器400的初级第一绕组的同名端。第六功率开关管S6的第二端连接到第五功率开关管S5的第二端，第六功率开关管S6的第三端与第八功率开关管S8的第二端相连，并连接到高频变压器400的初级第一绕组的异名端。第七功率开关管S7的第二端连接到第五功率开关管S5的第三端，第七功率开关管S7的第三端连接到第一电容的负极，并与第八功率开关管S8的第三端相连。第八功率开关管S8的第二端连接到第六功率开关管S6的第三端，第八功率开关管S8的第三端连接到第七功率开关管S7的第三端。第二全桥拓扑200中的功率开关管S5的第一端与功率开关管S8的第一端均为第二全桥拓扑200脉冲输入端的正端M2+，第二全桥拓扑200中的功率开关管S6的第一端与功率开关管S7的第一端均为第二全桥拓扑200形脉冲输入端的负端M2-。第二全桥拓扑200的脉冲输入端与信号处理单元600相连。
第三全桥拓扑300由四个功率开关管组成，其连接方式是：第九功率开关管S9的第二端与储能装置的正极BAT+、第十功率开关管S10的第二端相连，第九功率开关管S9的第三端连接到第十一功率开关管S11的第二端，并均连接到高频变压器400的初级第二绕组的同名端。第十功率开关管S10的第二端连接到第九功率开关管S9的第二端，第十功率开关管S10的第三端连接到第十二功率开关管S12的第二端，并连接到高频变压器400的初级第二绕组的异名端。第十一功率开关管S11的第二端连接到第九功率开关管S9的第三端，第十一功率开关管S11的第三端与储能装置的负极BAT-、第十二功率开关管S12的第三端相连。第十二功率开关管S12的第二端连接到第十功率开关管S10的第三端，第十二功率开关管S12的第三端连接到第十一功率开关管S11的第三端。第三全桥拓扑300中的功率开关管S9的第一端与功率开关管S12的第一端均为第三全桥拓扑300脉冲输入端的正端M3+，第三全桥拓扑300中的功率开关管S10的第一端与功率开关管S11的第一端均为第三全桥拓扑300形脉冲输入端的负端M3-。第三全桥拓扑300的脉冲输入端与信号处理单元600相连。
第四全桥拓扑500由四个功率开关管组成，第十三功率开关管S13的第二端与直流母线的正端LINE+、第十四功率开关管S14的第二端相连，第十三功率开关管S13的第三端与第十五功率开关管S15的第二端相连，且连接到高频变压器400的次级绕组的同名端。第十四功率开关管S14的第二端连接到第十三功率开关管S13的第二端，第十四功率开关管S14的第三端连接到第十六功率开关管S16的第二端，且连接到高频变压器400的次级绕组的异名端。第十五功率开关管S15的第二端连接到第十三功率开关管S13的第三端，第十五功率开关管S15的第三端连接到第十六功率开关管S16的第三端。第十六功率开关管S16的第二端连接到第十四功率开关管S14的第三端，第十六功率开关管S16的第三端与第十五功率开关管S15的第三端、直流母线的负端LINE-相连。第四全桥拓扑500中的功率开关管S13的第一端与功率开关管S16的第一端均为第四全桥拓扑500脉冲输入端的正端M4+，第四全桥拓扑500中的功率开关管S14的第一端与功率开关管S15的第一端均为第四全桥拓扑500形脉冲输入端的负端M4-。第四全桥拓扑500的脉冲输入端与信号处理单元600相连。

Claims (9)

1.一种面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块，通过火线L、零线N与公用交流电网(11)相连，通过储能装置正极BAT+、储能装置负极BAT-与储能装置(12)相连，通过直流母线的正端LINE+、直流母线的负端LINE-与直流微电网中的直流母线(16)相连，其特征在于面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块由电力电子变换单元、信号处理单元(600)和信号调理单元(700)组成；电力电子变换单元由第一全桥拓扑(100)、第一电容、第二电容、第二全桥拓扑(200)、第三全桥拓扑(300)、高频变压器(400)、第四全桥拓扑(500)组成；第一全桥拓扑(100)与公用交流电网(11)和第一电容相连，将公用交流电网(11)传来的交流信号转换为整流信号，并将整流信号输出给第一电容；第一电容与第一全桥拓扑(100)、第二全桥拓扑(200)相连，将第一全桥拓扑(100)传来的整流信号变为稳定的第一直流电压信号，并将第一直流电压信号输出给第二全桥拓扑(200)；第二全桥拓扑(200)与第一电容和高频变压器(400)相连，将第一直流电压信号转换为第一交流电压方波信号，并将第一交流电压方波信号传输给高频变压器(400)；第三全桥拓扑(300)与储能装置(12)、高频变压器(400)相连，将储能装置(12)提供的第二直流电压信号转换为第二交流电压方波信号，并将第二交流电压方波信号输到给高频变压器(400)；高频变压器(400)与第二全桥拓扑(200)、第三全桥拓扑(300)和第四全桥拓扑(500)相连，将第一交流电压方波信号耦合到第四全桥拓扑(500)的输入端，将第二交流电压方波信号也耦合到第四全桥拓扑(500)的输入端；第四全桥拓扑(500)与高频变压器(400)和第二电容相连，将第一交流电压方波信号变为第三直流电压信号输出到直流母线，并将第二交流电压方波信号转换为第四直流电压信号输出给直流母线；第二电容与第四全桥拓扑(500)和直流母线(16)相连；信号调理单元(700)与公用交流电网(11)、储能装置(12)、第一电容、直流母线(16)和信号处理单元(600)相连，将公用交流电网(11)传递过来的交流电压信号(VAC)和交流电流信号(IAC)分别调理成电网电压信号(Vgrid)和电网电流信号(Igrid)送至信号处理单元(600)；将第一电容提供的第一直流电压信号(VDC1)调理成第一电容电压(VC)送至信号处理单元(600)；将储能装置(12)传递过来的第二直流电压信号(VDC2)调理成储能装置电压信号(Vstorage)送至信号处理单元(600)；将流过储能装置(12)的第二直流电流信号(IDC2)调理成储能装置电流信号(Istorage)送至信号处理单元(600)；将直流母线(16)提供的第三直流电压信号(VDC3)调理成直流母线电压信号(VLine)送至信号处理单元(600)；将流过直流母线(16)的第三直流电流信号(IDC3)调理成直流母线电流信号(ILine)送至信号处理单元(600)；信号处理单元(600)和第一全桥拓扑(100)、第二全桥拓扑(200)、第三全桥拓扑(300)、第四全桥拓扑(500)和信号调理单元(700)相连，对信号调理单元(700)传递过来的电网电压信号(Vgrid)、电网电流信号(Igrid)、储能装置电压信号(Vstorage)、储能装置电流信号(Istorage)、第一电容电压信号(VC)、直流母线电压信号(VLine)、直流母线电流信号(ILine)进行处理，将处理之后的结果转换为驱动脉冲信号送至第一全桥拓扑(100)、第二全桥拓扑(200)、第三全桥拓扑(300)和第四全桥拓扑(500)的脉冲输入端；
第一全桥拓扑(100)由四个功率开关管组成，第一功率开关管(S1)的第二端与第二功率开关管(S2)的第二端相连，第一功率开关管(S1)的第三端连接到第三功率开关管(S3)的第二端；第二功率开关管(S2)的第二端既与第一功率开关管(S1)的第二端相连，又连接到第一电容的正极，第二功率开关管(S2)的第三端连接到第四功率开关管(S4)的第二端，并连接到公用交流电网的零线N；第三功率开关管(S3)的第二端连接到第一功率开关管(S1)的第三端，并连接到公用交流电网的火线L；第三功率开关管(S3)的第三端连接到第四功率开关管(S4)的第三端；第四功率开关管(S4)的第二端连接到第二功率开关管(S2)的第三端，第四功率开关管(S4)的第三端既与第三功率开关管(S3)的第三端相连，又连接到第一电容的负极；第一全桥拓扑(100)中的第一功率开关管(S1)的第一端与第四功率开关管(S4)的第一端均为第一全桥拓扑(100)脉冲输入端的正端M1+，第一全桥拓扑(100)中的第二功率开关管(S2)的第一端与第三功率开关管(S3)的第一端均为第一全桥拓扑(100)脉冲输入端的负端M1-；第一全桥拓扑(100)的脉冲输入端与信号处理单元(600)相连；
第一电容和第二电容均为铝电解电容或钽电解电容；
高频变压器(400)是一个三端口器件，由初级绕组、次级绕组和磁芯组成，其初级绕组由初级第一绕组和初级第二绕组构成；
第二全桥拓扑(200)由四个功率开关管组成，第五功率开关管(S5)的第二端与第一电容的正极、第六功率开关管(S6)的第二端相连，第五功率开关管(S5)的第三端与第七功率开关管(S7)的第二端相连，并连接到高频变压器(400)的初级第一绕组的同名端；第六功率开关管(S6)的第二端连接到第五功率开关管(S5)的第二端，第六功率开关管(S6)的第三端与第八功率开关管(S8)的第二端相连，并连接到高频变压器(400)的初级第一绕组的异名端；第七功率开关管(S7)的第二端连接到第五功率开关管(S5)的第三端，第七功率开关管(S7)的第三端连接到第一电容的负极，并与第八功率开关管(S8)的第三端相连；第八功率开关管(S8)的第二端连接到第六功率开关管(S6)的第三端，第八功率开关管(S8)的第三端连接到第七功率开关管(S7)的第三端；第二全桥拓扑(200)中的第五功率开关管(S5)的第一端与第八功率开关管(S8)的第一端均为第二全桥拓扑(200)脉冲输入端的正端(M2+)，第二全桥拓扑(200)中的第六功率开关管(S6)的第一端与第七功率开关管(S7)的第一端均为第二全桥拓扑(200)形脉冲输入端的负端(M2-)；第二全桥拓扑(200)的脉冲输入端与信号处理单元(600)相连；
第三全桥拓扑(300)由四个功率开关管组成，第九功率开关管(S9)的第二端与储能装置的正极(BAT+)、第十功率开关管(S10)的第二端相连，第九功率开关管(S9)的第三端连接到第十一功率开关管(S11)的第二端，并均连接到高频变压器(400)的初级第二绕组的同名端；第十功率开关管(S10)的第二端连接到第九功率开关管(S9)的第二端，第十功率开关管(S10)的第三端连接到第十二功率开关管(S12)的第二端，并连接到高频变压器(400)的初级第二绕组的异名端；第十一功率开关管(S11)的第二端连接到第九功率开关管(S9)的第三端，第十一功率开关管(S11)的第三端与储能装置的负极(BAT-)、第十二功率开关管(S12)的第三端相连；第十二功率开关管(S12)的第二端连接到第十功率开关管(S10)的第三端，第十二功率开关管(S12)的第三端连接到第十一功率开关管(S11)的第三端；第三全桥拓扑(300)中的第九功率开关管(S9)的第一端与第十二功率开关管(S12)的第一端均为第三全桥拓扑(300)脉冲输入端的正端(M3+)，第三全桥拓扑(300)中的第十功率开关管(S10)的第一端与第十一功率开关管(S11)的第一端均为第三全桥拓扑(300)形脉冲输入端的负端(M3-)；第三全桥拓扑(300)的脉冲输入端与信号处理单元(600)相连；
第四全桥拓扑(500)由四个功率开关管组成，第十三功率开关管(S13)的第二端与直流母线的正端(LINE+)、第十四功率开关管(S14)的第二端相连，第十三功率开关管(S13)的第三端与第十五功率开关管(S15)的第二端相连，且连接到高频变压器(400)的次级绕组的同名端；第十四功率开关管(S14)的第二端连接到第十三功率开关管(S13)的第二端，第十四功率开关管(S14)的第三端连接到第十六功率开关管(S16)的第二端，且连接到高频变压器(400)的次级绕组的异名端；第十五功率开关管(S15)的第二端连接到第十三功率开关管(S13)的第三端，第十五功率开关管(S15)的第三端连接到第十六功率开关管(S16)的第三端；第十六功率开关管(S16)的第二端连接到第十四功率开关管(S14)的第三端，第十六功率开关管(S16)的第三端与第十五功率开关管(S15)的第三端、直流母线的负端(LINE-)相连；第四全桥拓扑(500)中的第十三功率开关管(S13)的第一端与第十六功率开关管(S16)的第一端均为第四全桥拓扑(500)脉冲输入端的正端(M4+)，第四全桥拓扑(500)中的第十四功率开关管(S14)的第一端与第十五功率开关管(S15)的第一端均为第四全桥拓扑(500)形脉冲输入端的负端(M4-)；第四全桥拓扑(500)的脉冲输入端与信号处理单元(600)相连；
信号处理单元(600)由数字信号处理器、4个驱动芯片组成，数字信号处理器选用具有模数转换功能、定时器、Flash存储器、4个以上PWM发生器的微处理器；数字信号处理器的Flash存储器存有正弦函数表和固定数值D；PWM发生器均具有超前移相控制寄存器、滞后移相控制寄存器、启停控制寄存器；第一PWM发生器与第一驱动芯片相连，根据从正弦函数表获得的正弦函数值向第一驱动芯片输出正弦脉冲即第一脉冲信号；第二PWM发生器与第二驱动芯片相连，根据固定数值D向第二驱动芯片输出第二脉冲信号；第三PWM发生器与第三驱动芯片相连，根据固定数值D向第三驱动芯片输出第三脉冲信号；第四PWM发生器与第四驱动芯片相连，根据固定数值D向第四驱动芯片输出第四脉冲信号；
驱动芯片包括第一驱动芯片、第二驱片、第三驱动芯片和第四驱动芯片；第一驱动芯片与第一PWM发生器和第一全桥拓扑(100)相连，将第一PWM发生器传递过来的第一脉冲信号转换成第一正驱动信号和第一负驱动信号，并将第一正驱动信号传递到第一全桥拓扑(100)脉冲输入端的正端(M1+)，将第一负驱动信号传递到第一全桥拓扑(100)脉冲输入端的负端(M1-)；第二驱动芯片与第二PWM发生器和第二全桥拓扑(200)相连，将第二PWM发生器传递过来的第二脉冲信号转换成第二正驱动信号和第二负驱动信号，并将第二正驱动信号传递到第二全桥拓扑(200)脉冲输入端的正端(M2+)，将第二负驱动信号传递到第二全桥拓扑(200)脉冲输入端的负端(M2-)；第三驱动芯片与第三PWM发生器和第三全桥拓扑(300)相连，将第三PWM发生器传递过来的第三脉冲信号转换成第三正驱动信号和第三负驱动信号，将第三正驱动信号传递给第三全桥拓扑(300)脉冲输入端的正端(M3+)，将第三负驱动信号传递给第三全桥拓扑(300)脉冲输入端的负端(M3-)；第四驱动芯片与第四PWM发生器和第四全桥拓扑(500)相连，将第四PWM发生器传递过来的第四脉冲信号转换成第四正驱动信号和第四负驱动信号，并将第四正驱动信号传递到第四全桥拓扑(500)脉冲输入端的正端(M4+)，将第四负驱动信号传递到第四全桥拓扑(500)脉冲输入端的负端(M4-)；
数字信号处理器内装有信号处理软件；
信号调理单元(700)由1路交流电压检测电路、1路交流电流检测电路、3路直流电压检测电路和2路直流电流检测电路组成。
2.如权利要求1所述的面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块，其特征在于所述第一电容依据第一全桥拓扑(100)输出的整流信号中的电压信号幅值的大小及其纹波峰-峰值的大小和频率来选取；第一电容的电容值其中V1为整流信号的电压信号平均值、Vr1为整流电压信号纹波的大小、fr1为整流电压信号纹波频率的大小、P为第一全桥拓扑(100)的额定功率，在数值上等于直流微电网中负载的最大功率和分布式电源最大功率之和；第一电容的耐压值1.2V1。
3.如权利要求1所述的面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块，其特征在于所述第二电容的电容值第二电容的耐压值为1.2V5，其中V5为直流母线电压的峰值大小，Vr2为电压纹波的大小，fr2为纹波的频率，I为第三全桥拓扑的输出电流。
4.如权利要求1所述的面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块，其特征在于所述高频变压器(400)的初级第一绕组、初级第二绕组和次级绕组的匝数根据面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块的最大功率P1、高频变压器(400)的工作频率fs以及高频变压器(400)输出电压和输入电压的大小来确定；高频变压器(400)初级第一绕组的匝数其中V2是高频变压器初级第一绕组的输入电压，fs为高频变压器的工作频率，BW是磁芯工作密度，Ae为磁芯有效工作面积；次级绕组匝数其中V3是高频变压器(400)次级绕组两端的电压；初级第二绕组的匝数其中V4是高频变压器初级第二绕组的输入电压；高频变压器(400)中所使用的磁芯采用ETD型的锰锌铁氧体磁芯。
5.如权利要求1所述的面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块，其特征在于所述驱动芯片的输出电压、输出电流与驱动芯片所连接的功率开关管门极阈值电压和所需的驱动电流相关，在选取驱动芯片时其输出电压应大于或等于所连接功率开关管的门极阈值电压，输出电流应大于或等于所连接的功率开关管的门极阈值电流。
6.如权利要求1所述的面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块，其特征在于所述信号处理软件的流程为：
第一步，初始化并判定面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块的工作模式：
1.1初始化数字信号处理器的工作频率fg，通过将从正弦函数表获得的正弦函数值赋值给第一PWM发生器的占空比控制寄存器，将第一PWM发生器设定为正弦脉冲即第一脉冲信号输出；通过将固定数值D赋值给第二PWM发生器、第三PWM发生器和第四PWM发生器的占空比控制寄存器，分别将第二PWM发生器设定为固定占空比的第二脉冲信号输出，第三PWM发生器设定为固定占空比的第三脉冲信号输出，第四PWM发生器设定为固定占空比的第四脉冲信号输出；将数值fs赋值给第二PWM发生器、第三PWM发生器和第四PWM发生器的频率控制寄存器，使第二PWM发生器、第三PWM发生器和第四PWM发生器产生脉冲的频率为fs；将固定数值S赋值给定时器，将定时时长设定为Ts,其中Ts＝S/fg；fg是数字信号处理器的工作频率，在设置时应预估信号处理软件流程所需执行语句的条数Y，S应大于1.2Y；
1.2初始化定时器为0，定时器开始计时；
1.3数字信号处理器读取由信号调理单元(700)传递过来的电网电压信号(Vgrid)、电网电流信号(Igrid)、储能装置电压信号(Vstorage)、储能装置电流信号(Istorage)、第一电容电压信号(VC)、直流母线电压信号(VLine)、直流母线电流信号(ILine)；
1.4判断Vmin＜Vgrid＜Vmax是否成立，其中Vmax为公用电网所允许工作的最大值，Vmin为公用电网所允许工作的最小值，若成立，则本模块工作于并网模式，跳转至第二步，若不成立，则本模块工作于孤岛模式，跳转至第五步；
第二步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于并网模式：
2.1根据pt＝VlineIline-VgridIgrid计算面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块在并网模式下传递能量的大小pt；
2.2根据得到第二脉冲信号的移相角度其中L是高频变压器(400)的自身漏感，是一个固定的参数；
2.3判断是否成立，若成立，跳转至第三步，若不成立则跳转至第四步；
第三步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于并网馈能模式：
3.1将第二脉冲的移相角度赋值给第二PWM发生器超前移相控制寄存器；
3.2将1赋值给第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器开始工作；
3.3判断定时器是否大于Ts，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则跳转至3.4步；
3.4定时器继续计时，跳转至3.3；
第四步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作在并网下公用电网供能模式：
4.1将移相角度赋值给第二PWM发生器滞后移相控制寄存器，并将固定移相角赋值给第一PWM发生器的滞后移相控制器；
4.2将1赋值给第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第一PWM发生器、第二PWM发生器和第四PWM发生器开始工作；
4.3判断定时器是否大于Ts，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则跳转至4.4步；
4.4定时器继续计时，跳转至4.3；
第五步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作在孤岛模式：
5.1根据Pt'＝VlineIline-VstorageIstorage计算本发明在孤岛模式下传递能量的大小Pt'；
5.2根据得到移相角度
5.3判断是否成立，若成立，则跳转至第六步；若不成立则跳转至第七步；
第六步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于孤岛下储能装置供能模式：
6.1将第三脉冲信号的移相角度赋值给第三PWM发生器超前移相控制寄存器；
6.2将1赋值给第三PWM发生器、第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第三PWM发生器和第四PWM发生器开始工作；
6.3判断定时器是否大于Ts，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则跳转至6.4步；
6.4定时器继续计时，跳转至6.3；
第七步，面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块工作于孤岛下储能装置储能模式：
7.1将第三脉冲信号的移相角度赋值给第三PWM发生器滞后移相控制寄存器；
7.2将1赋值给第三PWM发生器、第四PWM发生器的启停控制寄存器，使第三PWM发生器和第四PWM发生器开始工作；
7.3判断定时器是否大于Ts，若大于则跳转至1.2步，若小于或等于则跳转至7.4步；
7.4定时器继续计时之后跳转至7.3。
7.如权利要求1所述的面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块，其特征在于所述信号调理单元(700)输入电压的范围应满足：所允许输入的交流电压范围应大于交流信号(VAC)的峰值，所允许输入的直流电压范围应大于第一直流电压信号(VDC1)、第二直流电压信号(VDC2)、第三直流电压信号(VDC3)的最大值；输入电流的范围应满足：所允许输入的交流电流应大于交流电流(IAC)的峰值，所允许输入的直流电流应大于第二直流电流信号(IDC2)、第三直流电流信号(IDC3)的最大值；输出电压和电流应小于所连接的数字信号处理器自带的模-数转换模块所允许的输入的电压和电流值。
8.如权利要求1或2所述的面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块，其特征在于所述第一至第十二功率开关管为场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管IGBT；若功率开关管选用IGBT功率开关管，则功率开关管的第一端为IGBT的门极，功率开关管第二端为IGBT的集电极，功率开关管第三端为IGBT的发射极；若选择场效应晶体管为功率开关管，则功率开关管的第一端为场效应晶体管的栅极，功率开关管第二端为场效应晶体管的漏极，功率开关管第三端为场效应晶体管的源极。
9.如权利要求1所述的面向直流微电网的三端口直流母线稳压模块，其特征在于所述固定数值D＝50％。
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