[发明专利]一种全桥三端口直流变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全桥三端口直流变换器及其控制方法，属于电力电子变换器技术领域，特别涉及新能源发电技术领域中的电力电子变换器技术领域。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题日益严重，温差发电、太阳能、风能、燃料电池等新能源发电技术成为世界各国关注和研究的热点。新能源发电系统按照是否与公共电网相连，分为并网运行和独立运行两种方式。独立运行的新能源发电系统是新能源发电应用的非常重要的一种方式，可以解决偏远山区、孤岛等无电网地区的供电问题。新能源发电设备固有的缺陷为独立新能源供电系统带来了一些新的难题和挑战，如：温差电池、风能、太阳能发电由于受到温度、风速日照强度等外界条件变化的影响而不能持续、稳定的输出电能，导致系统稳定性问题。因此，独立运行的新能源发电系统必须配备一定容量的储能装置。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，并且使发电设备在输出功率或负载功率波动较大时，仍能够保持良好的稳定性。

独立新能源供电系统中，由于需要同时对新能源发电设备的输出功率、蓄电池等储能装置的充放电控制功率以及供电负载功率同时进行管理和控制，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，如文献“Hariharan Krishnaswami，Ned Mohan.Three-Port Series Resonant DC-DC Converter to Interface Renewable Energy Sources With Bidirectional Load and Energy Storage Ports，IEEE Transactions on Power Electronics，2009，24(10)：2289-2297”提出的串联谐振式三端口变换器，该类三端口变换器使用的器件数目多、控制复杂，但由于各个端口彼此隔离，端口适应性较好，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，具有拓扑简洁、功率密度高等优点。

发明内容

1、发明目的：本发明针对上述背景技术，提供一种拓扑结构简洁、集成度高、控制简单的全桥三端口直流变换器及其控制方法。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明采取以下技术方案。

所述全桥三端口直流变换器包括一个输入端口、一个双向输入/输出端口和一个输出负载端口，三个端口分别与输入源(U_in)、蓄电池(U_b)和负载(R_o)相连。

本发明通过将全桥直流变换器的有源开关与两路双向Buck/Boost直流变换器的有源开关共用，来减少有源开关的数量；通过将双向Buck/Boost直流变换器的滤波电感与全桥直流变换器中变压器激磁电感复用，来减少无源器件的数量，从而使变换器的器件数目、体积重量得到大幅度降低。进一步的，通过施加合适的控制方法，使得变换器能够同时有效的实现输入源、蓄电池和负载之间的功率控制。