[發明專利]一種隔離型三端口雙向DC-DC變換器

有效

• 申請號: 201710173335.7
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106936319B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 王議鋒;韓富強;王成山;李微;楊良;鐘旭;韋徵;王彤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開了一種隔離型三端口雙向DC?DC變換器，包括超級電容、蓄電池、直流母線端口、一個三端口串聯諧振直流變換器和一個三相交錯并聯直流變換器，超級電容的端口通過三相交錯并聯直流變換器接入，且與蓄電池端口一并通過三端口串聯諧振直流變換器與直流母線端口相連，三相交錯并聯直流變換器用于穩壓，三端口串聯諧振直流變換器用于控制超級電容端口、蓄電池端口以及直流母線端口間的功率流動；三端口串聯諧振直流變換器包括一個三繞組變壓器、三個全橋電路和兩個LC串聯諧振腔，兩個LC串聯諧振腔分別由第一濾波電感、第一濾波電容串聯和第二濾波電感、第二濾波電容串聯構成。本發明實現軟開關工作的范圍進而提高該變換器的效率和系統輸出功率。

技術領域

本發明涉及直流微電網技術領域，具體為一種隔離型三端口雙向DC-DC變換器。

背景技術

隨著光伏、風能及燃料電池等新能源技術的發展，直流微電網領域成為了近些年研究的熱點。但太陽能和風能由于受環境的影響較大，出力不穩定也不連續，故在新能源發電系統中往往加入儲能系統來提高其供電質量。一般來說，直流發電單元和儲能單元的電壓等級比較低，需要使用多個直流變換器升壓后才能連接到共同的直流母線上。這將導致多直流變換器系統結構復雜、成本較高、功率密度低，并且多個變換器之間還需要進行協調控制。而采用一個含有多個端口的直流變換器來取代多個獨立的DC/DC變換器，不僅避免了使用較多的功率開關器件，降低了功率損耗，還有利于系統向小型化發展，大大降低了系統的成本，提高了系統的效率等。

根據隔離方式的不同，三端口雙向直流變換器包括非隔離型、部分隔離型以及完全隔離型三類。非隔離型變換器不使用隔離變壓器，效率較高，但僅適用于各端口間電壓彼此相近的場合，且安全系數較低。部分隔離型變換器中三端口沒有完全耦合在一起，可較為方便地實現端口的擴展，但該拓撲可能發生變壓器繞組電壓不匹配及輕載時效率偏低的問題。完全隔離型變換器實現了各端口間的彼此電氣隔離，端口適用性較好，且開關功率器件易實現軟開關。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種集成混合儲能系統的隔離型三端口雙向直流變換器，并通過拓寬該變換器開關功率器件實現軟開關工作的范圍進而提高該變換器的效率和系統輸出功率。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種隔離型三端口雙向DC-DC變換器，包括超級電容、蓄電池、直流母線端口、一個三端口串聯諧振直流變換器和一個三相交錯并聯直流變換器，所述超級電容的端口通過所述三相交錯并聯直流變換器接入，且與所述蓄電池端口一并通過三端口串聯諧振直流變換器與所述直流母線端口相連，所述三相交錯并聯直流變換器用于穩壓，所述三端口串聯諧振直流變換器用于控制超級電容端口、蓄電池端口以及直流母線端口間的功率流動；

所述三端口串聯諧振直流變換器包括一個三繞組變壓器、三個全橋電路和兩個LC串聯諧振腔，兩個所述LC串聯諧振腔分別由第一濾波電感、第一濾波電容串聯和第二濾波電感、第二濾波電容串聯構成；所述三繞組變壓器用于提供電氣隔離。

三相交錯并聯直流變換器的單橋臂結構是一個雙向升降壓變換器，所述超級電容與三相交錯并聯直流變換器的低壓側相連，所述三端口串聯諧振直流變換器與三相交錯并聯直流變換器的高壓側相連；當功率從超級電容側流向直流母線端口側時，三相交錯并聯直流變換器工作在升壓模式；相反地，當功率從直流母線端口側流向超級電容側時，三相交錯并聯直流變換器工作在降壓模式。

所述超級電容的端口和直流母線端口間的電壓增益為1。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

(1)含三繞組變壓器的三端口直流變換器拓撲減少了功率開關管的數量，提高了功率密度。

(2)蓄電池端口和直流母線端口、以及超級電容端口和直流母線端口之間的功率流動是雙向的。