技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于超級電容器儲能系統(tǒng)的雙向DC/DC變換器拓?fù)洌瑢? 于儲能技術(shù)和電力電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超級電容器儲能系統(tǒng)(SCESS-SuperCapacitorEnergyStorageSystem) 作為一種實現(xiàn)能量快速儲存、釋放及功率雙向流動的儲能系統(tǒng)，相對于其他 儲能系統(tǒng)，具有較為突出的優(yōu)點：儲能效率高、功率密度高、響應(yīng)速度快、 循環(huán)使用壽命長。該儲能系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、國防軍工、航空航天等 領(lǐng)域，對平滑、緩沖不穩(wěn)定的電能需求，改善電能質(zhì)量，實現(xiàn)能量儲存具有 十分重要的作用。

超級電容器儲能系統(tǒng)在能量存儲、釋放過程中超級電容器儲能單元的端 電壓變化范圍較寬，為了滿足負(fù)載需求和提高超級電容器儲存能量的利用率， 超級電容器儲能單元通常配置功率變換器。超級電容器儲能系統(tǒng)在工作過程 中存在能量存儲和釋放兩個過程，因此系統(tǒng)配置的功率變換器需采用能夠?qū)? 現(xiàn)功率雙向流動的雙向DC/DC變換器。雙向DC/DC變換器主要實現(xiàn)超級電容 器充放電控制、功率調(diào)節(jié)和控制等功能，以功率雙向流動的形式來滿足負(fù)載 需求和提高儲能利用率。

雙向DC/DC變換器是超級電容器儲能系統(tǒng)中功率轉(zhuǎn)換的核心部分。雙向 DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同將直接影響超級電容器儲能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率， 功率變換器合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和良好的電路性能，有利于儲能系統(tǒng)提高儲能轉(zhuǎn) 換效率，減小系統(tǒng)體積、重量，降低系統(tǒng)成本，從而更好地實現(xiàn)能源的高效 綜合利用，能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和能源安全供應(yīng)的保障。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明根據(jù)超級電容器儲能系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中具體技術(shù)需求，從適 應(yīng)儲能系統(tǒng)的技術(shù)特點，提高系統(tǒng)能量利用率、降低系統(tǒng)重量，減少系統(tǒng)體 積以及降低經(jīng)濟(jì)成本的角度出發(fā)，設(shè)計了一種基于超級電容器儲能系統(tǒng)的雙 向DC/DC變換器拓?fù)洹?

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種基于超級電容器儲能系統(tǒng)的雙向DC/DC 變換器拓?fù)洌呻p向Buck/BoostDC/DC變換器和雙向全橋LLC諧振DC/DC變 換器串聯(lián)組成級聯(lián)雙向Buck/Boos-LLCDC/DC變換器。通過級聯(lián)雙向 Buck/Boos-LLCDC/DC變換器實現(xiàn)超級電容器儲能系統(tǒng)在能量存儲、釋放過程 中的功率雙向流動，實現(xiàn)系統(tǒng)功率和電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，有效提高了超級電容 器儲能系統(tǒng)的儲能效率和系統(tǒng)可靠性，其特征為：該拓?fù)浒ǔ夒娙萜鲀? 能單元、雙向Buck/BoostDC/DC變換器、由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)、LLC諧振網(wǎng) 絡(luò)以及整流網(wǎng)絡(luò)/開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成的雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器、直流母線 電壓端口、電壓檢測、電流檢測及中央處理單元；其中，超級電容器儲能單 元輸出端口IO1與雙向Buck/BoostDC/DC變換器左端口IO2相連；雙向 Buck/BoostDC/DC變換器右端口IO3連接開關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)左端口IO4，開 關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)右端口IO5連接LLC諧振網(wǎng)絡(luò)的左端口IO6，LLC諧振網(wǎng)絡(luò) 右端口IO7連接整流網(wǎng)絡(luò)/開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的左端口IO8，整流網(wǎng)絡(luò)/開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的右端 口IO9連接直流母線電壓左端口IO10；直流母線電壓右端口IO11外接應(yīng)用系 統(tǒng)；電壓檢測、電流檢測分別從雙向Buck/BoostDC/DC變換器和由開關(guān)網(wǎng)絡(luò) /整流網(wǎng)絡(luò)、LLC諧振網(wǎng)絡(luò)以及整流網(wǎng)絡(luò)/開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成的雙向全橋LLC諧振 DC/DC變換器接入，反饋送至中央處理單元，提供的信號均用于實時控制。

基于超級電容器儲能系統(tǒng)的雙向DC/DC變換器中超級電容器儲能單元的 作用是在功率雙向流動過程中完成超級電容器的充放電，以實現(xiàn)電能的存儲 和釋放；級聯(lián)雙向Buck/Boos-LLCDC/DC變換器中的雙向Buck/BoostDC/DC 變換器主要實現(xiàn)儲能單元端口電壓的寬范圍的精確調(diào)節(jié)；級聯(lián)雙向 Buck/Boos-LLCDC/DC變換器中的雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器實現(xiàn)整個功 率變換器在雙向Buck/BoostDC/DC變換器的電壓調(diào)節(jié)下能夠工作在效率最優(yōu) 狀態(tài)。同時中央處理單元還將通過實時檢測的電壓電流信號實現(xiàn)對級聯(lián)雙向 Buck/Boos-LLCDC/DC變換器進(jìn)行實時控制。