本发明专利技术公开了一种全桥三端口双向直流变换器及其控制方法，属于电力电子变换器领域。该变换器由原边电路、副边电路和隔离变压器构成，其中原边电路由集成了两路双向Buck-Boost变换器的全桥电路构成，副边电路由全桥电路构成；变换器共包含三个端口，其中每一个端口的功率都可以双向流动，通过控制两个全桥电路中开关管的占空比以及两个全桥电路对应开关管的移相角，可以同时实现其中任意两个端口的功率控制。本发明专利技术通过将非隔离双向Buck-Boost变换器与全桥双向变换器集成到一起，构成集成的三端口变换器，同时实现对多个端口的功率控制，减少了所用开关器件的数量，降低了成本，提高了功率密度和可靠性，适用于新能源发电、混合储能等供电系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于电力电子变换器
，特别涉及新能源发电和混合储能
中的电力电子变换器
技术介绍
随着能源危机和环境污染问题日益严重，新能源发电成为了实现人类可持续发展最有效的措施之一。新能源发电设备固有的缺陷为新能源供电系统带来了一些新的难题和挑战，例如，太阳能和风能能量密度较低，受外界环境影响较大，电力供应不稳定、不连续。为了解决上述问题，通常通过配备一定容量的储能装置起到能量平衡和支撑作用，及时补充系统的短时峰值功率，回收多余功率，保证供电的连续性和可靠性，提高电能的利用率。在包含储能装置的新能源供电系统中，需要同时对新能源发电设备、储能装置和负载的功 率进行控制。近年来，分布式新能源发电系统受到了广泛关注。分布式系统中，可以实现每一个新能源发电设备的最大功率跟踪，能够显著改善系统发电量，而由于新能源发电设备输出电压较低，通常需要将发电设备串联以满足电压需求。在此类新能源发电系统中，需要提供一种既能适应发电设备串联连接、又能同时对各个输入源的功率进行独立控制从而实现分布式最大功率跟踪的功率变换装置。由蓄电池和超级电容构成的混合储能技术也得到了越来越广泛的应用，蓄电池提供能量存储，超级电容提供峰值功率，将两者结合能够同时改善储能系统的功率密度和能量密度，提高储能系统的动态和稳态性能。在混合储能系统中，也需要同时对蓄电池、超级电容以及供电负载的功率进行控制。在上述应用背景中，都需要对多个设备(发电设备、储能装置以及负载)的功率进行控制，传统的解决方案通常需要采用多个两端口变换器组合构成功率管理与控制系统，然而由于变换器数目多、各个变换器分时工作，系统功率密度低、体积重量大、成本高，且由于各个变换器彼此分散控制且各自独立工作，有损系统稳态和动态性能。针对上述应用背景及存在的问题，研究工作者提出采用三端口变换器代替上述多个独立的变换器实现独立新能源发电系统的功率管理。按照端口隔离情况分类，三端口变换器包括端口全部隔离、部分隔离和非隔离三类。端口全部隔离的三端口变换器通常通过多个变压器绕组耦合的方式构成，该类三端口变换器由于各个端口彼此隔离，端口适应性较好，但使用的器件数目多、控制复杂。非隔离三端口变换器不需要隔离变换，效率较高，但端口适应性不好，只能适用于端口间电压彼此接近的应用场合。部分隔离的三端口变换器通常将隔离变换器与非隔离变换器集成到一起，隔离变换器与非隔离变换器的部分有源或无源器件彼此共用，同时兼具隔离三端口变换器与非隔离三端口变换器的优点。
技术实现思路
I、专利技术目的本专利技术针对上述
技术介绍
，提供一种拓扑结构简洁、集成度高、控制简单的全桥三端口双向直流变换器及其控制方法。2、技术方案为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案。所述全桥三端口双向直流变换器由原边电路、副边电路和隔离变压器构成，其中原边电路为集成了两路双向Buck-Boost变换器的全桥电路，副边电路为全桥电路；变换器共包含三个端口，其中每一个端口的功率都可以双向流动，通过控制两个全桥电路中开关管的占空比以及两个全桥电路对应开关管的移相角，可以同时实现对其中任意两个端口的功率控制。所述全桥三端口双向直流变换器由第一输入/输出端(U1)、第二输入/输出端(U2)、第三输入/输出端(U3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一开关管(S)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、第七开关管(S7)、第八开关管(S8)和变压器 (T)构成，其中变压器⑴包括原边绕组(Np)和副边绕组(Ns);第一输入/输出端(U1)的正极分别连于第一电容(C1)的正极、第一开关管(S1)的漏极和第三开关管(S3)的漏极,第一输入/输出端(U1)的负极分别连于第一电容(C1)的负极、第二电容(C2)的正极、第一电感(L1)的一端、第二电感(L2)的一端和第二输入/输出端(U2)的正极；第二输入/输出端(U2)的负极分别连于第二电容(C2)的负极、第二开关管(S2)的源极和第四开关管(S4)的源极，第三电感(L3)的一端分别连于第一电感(L1)的另一端、第一开关管(S1)的源极和第二开关管(S2)的漏极，第三电感(L3)的另一端连于变压器(T)原边绕组(Np)的同名端，变压器(T)原边绕组(Np)的非同名端分别连于第二电感(L2)的另一端、第三开关管(S3)的源极和第四开关管(S4)的漏极；变压器(T)副边绕组(Ns)的同名端分别连于第五开关管(S5)的源极和第六开关管(S6)的漏极，变压器(T)副边绕组(Ns)的非同名端分别连于第七开关管(S7)的源极和第八开关管(S8)的漏极；第三输入/输出端(U3)的正极分别连于第五开关管(S5)的漏极、第七开关管(S7)的漏极和第三电容(C3)的正极，第三输入/输出端(U3)的负极分别连于第六开关管(S6)的源极、第八开关管(S8)的源极和第三电容(C3)的负极。本专利技术所述全桥三端口双向直流变换器的控制方法所述第一开关管(S1)和第二开关管(S2)互补导通，第三开关管(S3)和第四开关管(S4)互补导通，第一开关管(S1)和第三开关管(S3)的占空比大小相等，第二开关管(S2)和第四开关管(S4)的占空比大小相等，第一开关管(S1)的开通时刻超前第三开关管(S3)的开通时刻180°，第二开关管(S2)的开通时刻超前第四开关管(S4)的开通时刻180° ;所述第五开关管(S5)和第六开关管(S6)互补导通，第七开关管(S7)和第八开关管(S8)互补导通，第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、第七开关管(S7)、第八开关管(S8)的占空比均为0.5，第五开关管(S5)的开通时刻超前第七开关管(S7)的开通时刻180°，第六开关管(S6)的开通时刻超前第八开关管(S8)的开通时刻180° ;通过调节第一开关管⑶)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)和第四开关管(S4)的占空比来调节第一输入/输出端(U1)和第二输入/输出端(U2)的电压关系，通过调节第一开关管(S1)和第五开关管(S5)的移相角来调节第一输入/输出端(U1)和第二输入/输出端(U2)的电压之和( + )与第三输入/输出端(U3)的电压关系。本专利技术的特点和技术效果(I)通过一个集成变换器实现对三个端口的功率管理与控制，电路元件彼此共用，减少了所用器件的数量，降低了成本，提高了功率密度和可靠性；(2)变换器的任意一个端口的功率都可以双向流动，适用范围广；(3)变换器任意两个端口之间的功率变换，既有非隔离变换的通路，用以提高变换效率，又有隔离变换的通路，用以拓展负载和应用场合的需求；(4)变换器采用集中控制，能够实现更加有效的能量管理。附图说明附图I是本专利技术全桥三端口双向直流变换器的电路结构原理图；附图2是本专利技术全桥三端口双向直流变换器的主要工作波形图；附图3-附图8是本专利技术全桥三端口双向直流变换器在各开关模态下的等效电路图； 以上附图中的符号名称=U1为第一输入/输出端；U2为第二输入/输出端；U3为第三输入/输出端；Q、C2> C3分别为第一、第二、第三电容；Li、L2> L3分别本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全桥三端口双向直流变换器，其特征在于 所述全桥三端口双向直流变换器由第一输入/输出端(U1)、第二输入/输出端(U2)、第三输入/输出端(U3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一开关管(S)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、第七开关管(S7)、第八开关管(S8)和变压器(T)构成，其中变压器⑴包括原边绕组(Np)和副边绕组(Ns)； 所述第一输入/输出端(U1)的正极分别连于第一电容(C1)的正极、第一开关管(S1)的漏极和第三开关管(S3)的漏极，第一输入/输出端(U1)的负极分别连于第一电容(C1)的负极、第二电容(C2)的正极、第一电感(L1)的一端、第二电感(L2)的一端和第二输入/输出端(U2)的正极；第二输入/输出端(U2)的负极分别连于第二电容(C2)的负极、第二开关管(S2)的源极和第四开关管(S4)的源极，第三电感(L3)的一端分别连于第一电感(L1)的另一端、第一开关管(S1)的源极和第二开关管(S2)的漏极，第三电感(L3)的另一端连于变压器(T)原边绕组(Np)的同名端，变压器(T)原边绕组(Np)的非同名端分别连于第二电感(L2)的另一端、第三开关管(S3)的源极和第四开关管(S4)的漏极；变压器(T)副边绕组(Ns)的同名端分别连于第五开关管(S5)的源极和第六开关管(S6)的漏极，变压器(T)副边绕组(Ns)的非同名端分别连于第七开关管(S7)的源极和第八开关管(S8)的漏极；第三输入/输出端(U3)的正极分别连于第五开关管(S5)的漏极、第七开关管(S7)的漏极和第三电容(C3)的正极，...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴红飞，许鹏，周子胡，邢岩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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