【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种ups系统双向dc-dc变换器及其控制方法，属于电子电力功率变换。
技术介绍
1、不间断电源（uninterruptible power supply，ups）作为一种常用的电源设备，拥有多路电能输入源，因其极高的供电稳定性在多种领域得到了广泛的应用。其中不乏有大功率需求的应用场景，比如变电站、航空航天、通信等。
2、以变电站为例，变电站中通常有很多重要负荷，这些负荷承担了维持电网稳定运行的重责，一旦失电将会造成巨大的经济损失；另外这些负荷的功率需求很大，小功率电源难以承担。
3、作为后备电源的蓄电池组的容量大小关系到应急状态下ups系统可以维持使用的时间，而单一蓄电池的电压和容量较小，往往需要多重的串并联来匹配ups系统内部直流母线的电压和功率。这种数量巨大的电池串并联结构会带来两个问题：一是增大了系统整体的体积和成本；二是过多的串联会降低系统供电的可靠性，一旦蓄电池组原有的保护机制因出现故障而不能可靠作用，此时组内单一电池的瘫痪也将会使整个串联支路失去作用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种ups系统双向dc-dc变换器及其控制方法，能够解决蓄电池串并联数量多引起的稳定性和体积成本问题。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种ups系统双向dc-dc变换器，所述ups系统中，蓄电池组通过逆变器连接用户负载，主电输入依次通过整流器和逆变器连接用户负载，旁路输
4、其中，第一开关电容的正极分别连接第二功率开关的漏极和第三功率开关的源极，第一开关电容的负极连接第三开关电容的负极；第二开关电容的正极分别连接第三功率开关的漏极和第四功率开关的源极，第二开关电容的负极分别连接第一功率开关的漏极、第二功率开关的源极和储能电感的一端；第三开关电容的正极连接储能电感的另一端，第三开关电容的负极连接第一功率开关的源极；第四开关电容的正极连接第四功率开关的漏极，第四开关电容的负极连接第一功率开关的源极；第三开关电容的两端连接蓄电池组，第四开关电容的两端连接逆变器；各功率开关内部均并联有二极管，各功率开关的栅极连接pwm驱动信号发生器，根据pwm驱动信号发生器输出的驱动信号，控制各功率开关的导通或断开，使各开关电容和储能电感能够充电或放电。
5、第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的ups系统双向dc-dc变换器的控制方法，包括：
6、将双向dc-dc变换器的输出电压的设定值与测量值的差值输入至pi控制器进行误差处理，获取占空比控制信号；
7、基于预设soc控制策略，切换双向dc-dc变换器的工作模式；
8、基于所述占空比控制信号和双向dc-dc变换器的工作模式，由pwm驱动信号发生器输出驱动信号，控制双向dc-dc变换器中各功率开关的导通或断开，使各开关电容和储能电感能够充电或放电。
9、结合第二方面，进一步的，基于预设soc控制策略，切换双向dc-dc变换器的工作模式包括：
10、当蓄电池组的电量高于预设放电阈值时，将双向dc-dc变换器的工作模式切换为升压模式，由蓄电池组通过双向dc-dc变换器向用户负载放电，此时，蓄电池组连接第三开关电容的两端作为双向dc-dc变换器的输入端，第四开关电容的两端经逆变器连接用户负载作为双向dc-dc变换器的输出端；
11、当蓄电池组的电量低于预设充电阈值时，将双向dc-dc变换器的工作模式切换为降压模式，由主电输入通过双向dc-dc变换器给蓄电池组充电，此时，主电输入经整流器连接第四开关电容的两端作为双向dc-dc变换器的输入端，第三开关电容的两端连接蓄电池组作为双向dc-dc变换器的输出端。
12、结合第二方面，进一步的，当双向dc-dc变换器的工作模式为升压模式时，双向dc-dc变换器的输出电压的测量值由设于第四开关电容两端的电压传感器采集获取；
13、当双向dc-dc变换器的工作模式为降压模式时，双向dc-dc变换器的输出电压的测量值由设于第三开关电容两端的电压传感器采集获取。
14、结合第二方面，进一步的，所述升压模式包括2个工作状态；
15、其中，升压模式第一工作状态下，第一功率开关和第三功率开关导通，第二功率开关和第四功率开关断开，蓄电池组通过第一功率开关给储能电感充电，第一开关电容通过第三功率开关和第一功率开关给第二开关电容充电，第四开关电容向用户负载放电；
16、升压模式第二工作状态下，第二功率开关和第四功率开关导通，第一功率开关和第三功率开关断开，蓄电池组通过第二功率开关给第一开关电容充电，蓄电池组、储能电感和第二开关电容通过第四功率开关给第四开关电容充电，第四开关电容向用户负载放电。
17、结合第二方面，进一步的，所述降压模式包括2个工作状态；
18、其中，降压模式第一工作状态下，第二功率开关和第四功率开关导通，第一功率开关和第三功率开关断开，第一开关电容通过第二功率开关给储能电感和第三开关电容充电，主电输入通过第四功率开关给第二开关电容、储能电感和第三开关电容充电，第三开关电容给蓄电池组充电；
19、降压模式第二工作状态下，第一功率开关和第三功率开关导通，第二功率开关和第四功率开关断开，第二开关电容通过第三功率开关和第一功率开关给第一开关电容充电，储能电感通过第一功率开关给第三开关电容和蓄电池组充电。
20、结合第二方面，进一步的，以第一功率开关和第三功率开关为主管，若第一功率开关和第三功率开关的导通时长为，断开时长为，对储能电感使用伏秒平衡原理，得到低压端口的电压与各开关电容两端的电压关系为：
21、；
22、其中，表示开关周期，表示第一功率开关或第三功率开关在一个开关周期内导通时长的比例，即第一开关功率或第二开关功率的占空比，表示第一开关电容两端的电压，表示第三开关电容两端连接蓄电池组的电压，即低压端口的电压；
23、高压端口的电压与各开关电容两端的电压关系为：
24、；
25、其中，表示第二开关电容两端的电压，表示第四开关电容两端的电压，表示第四开关电容两端经逆变器连接用户负载的电压，即高压端口的电压；
26、则高压端口的电压与低压端口的电压关系，即所述双向dc-dc变换器的增益为：
27、。
28、结合第二方面，进一步的，各功率开关的电压应力相同，各功率开关两端的电压为：
29、；
30、其中，、、、表示第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关两端的电压，表示第三开关电容两端连接蓄电池组的电压，即低压端口的电压，表示第四开关电容两端经逆变器连接用户负载的电压，即高压端口的电压。
31、第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种UPS系统双向DC-DC变换器，所述UPS系统中，蓄电池组通过逆变器连接用户负载，主电输入依次通过整流器和逆变器连接用户负载，旁路输入直接连接用户负载，其特征在于，所述双向DC-DC变换器连接于所述蓄电池组与逆变器之间，包括4个开关电容、4个功率开关和1个储能电感；
2.一种如权利要求1所述的UPS系统双向DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的UPS系统双向DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，基于预设SOC控制策略，切换双向DC-DC变换器的工作模式包括：
4.根据权利要求3所述的UPS系统双向DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，当双向DC-DC变换器的工作模式为升压模式时，双向DC-DC变换器的输出电压的测量值由设于第四开关电容两端的电压传感器采集获取；
5.根据权利要求3所述的UPS系统双向DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，所述升压模式包括2个工作状态；
6.根据权利要求3所述的UPS系统双向DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，所述降压模式包括2个工作状态；
7.根据权利要求2所述的UPS系统双向DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，以第一功率开关和第三功率开关为主管，若第一功率开关和第三功率开关的导通时长为，断开时长为，对储能电感使用伏秒平衡原理，得到低压端口的电压与各开关电容两端的电压关系为：
8.根据权利要求2所述的UPS系统双向DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，各功率开关的电压应力相同，各功率开关两端的电压为：
9.一种计算机系统，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求2~8任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种ups系统双向dc-dc变换器，所述ups系统中，蓄电池组通过逆变器连接用户负载，主电输入依次通过整流器和逆变器连接用户负载，旁路输入直接连接用户负载，其特征在于，所述双向dc-dc变换器连接于所述蓄电池组与逆变器之间，包括4个开关电容、4个功率开关和1个储能电感；
2.一种如权利要求1所述的ups系统双向dc-dc变换器的控制方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的ups系统双向dc-dc变换器的控制方法，其特征在于，基于预设soc控制策略，切换双向dc-dc变换器的工作模式包括：
4.根据权利要求3所述的ups系统双向dc-dc变换器的控制方法，其特征在于，当双向dc-dc变换器的工作模式为升压模式时，双向dc-dc变换器的输出电压的测量值由设于第四开关电容两端的电压传感器采集获取；
5.根据权利要求3所述的ups系...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘禾雨，朱超，刘一丹，姚进波，汪海洋，赵国栋，冯轩，谷相宏，张军，张力，何露芽，许卫刚，韩学春，甘强，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司超高压分公司，
类型：发明
国别省市：
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