[发明专利]一种能量高效传输的三端口DC-DC变换器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种应用于光伏发电系统能量高效传输的三端口DC‑DC变换器及其控制方法，属于光伏发电技术领域。光伏发电系统包括光伏太阳能电池、储能蓄电池、移相全桥变换器及直流母线，电路拓扑结构为复用原边桥边开关管的移相全桥变换器。移相全桥变换器输入与直流母线相连，输出与光伏电池相串联接入直流母线，其输出电压来补偿直流母线电压和光伏电池电压的差值，并使得光伏电池处于最大功率获取状态。通过调节移相全桥变换器原边桥臂开关管的占空比来调节蓄电池的充放电电流，并维持直流母线电压的稳定。采用本发明所述的拓扑结构在维持直流母线电压稳定和光伏最大功率获取的基础上，可显著提高整个光伏发电系统的效率，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种应用于光伏发电系统能量高效传输的三端口DC-DC变换器及其控制方法，属于光伏发电技术领域。

背景技术

随着人类资源消耗增加以及地球上不可再生资源的减少，全世界都在为人类寻找新的替代能源。太阳能作为一种可再生能源，拥有极大的发展空间。但光伏电池自身存在着能量转换效率较低的问题，如何提高整个光伏发电系统的效率显得尤为重要。

光伏发电系统主要由光伏太阳能电池板、储能蓄电池和电力电子变换器及直流母线组成。整个系统能够实现对太阳能光伏电池输出功率最大获取控制；在光照充足时可将能量供给直流母线并将冗余能量传输给储能蓄电池以保持直流母线电压稳定。光照不足时，确保太阳能光伏电池处于最大功率获取状态，同时蓄电池释放能量以确保直流母线电压的稳定。传统的光伏发电系统中一般采用Boost变换器来进行光伏电池的最大功率获取，其结构简单，效率也较高。但光伏发电产生的能量均需通过Boost变换器才能汇入直流母线，会存在一定的能量损耗。除此之外，Boost变换器存在工作效率和光伏电池的输出功率匹配不佳的问题，影响了整个系统的功率变换效率。

发明内容

本发明的目的是为了实现光伏最大功率获取和保持直流母线电压稳定而提供一种应用于光伏发电系统能量高效传输的三端口DC-DC变换器及其控制方法。

本发明的目的是这样实现的：一种应用于光伏发电系统能量高效传输的三端口DC-DC变换器，电路拓扑结构为复用原边桥边开关管的移相全桥变换器，由高频变压器HFT，开关管S₁-S₄构成的移相全桥变换器的原边全桥变换器，二极管D₁-D₄构成的不控整流桥以及滤波电感L_o滤波电容C_o组成；光伏太阳能电池串与移相全桥变换器的输出相串联接入直流母线，移相全桥变换器的输入与直流母线直接相连，储能蓄电池通过复用移相全桥变换器的原边开关管构成双Buck-Boost变换器与直流母线相连。

本发明还包括这样一些结构特征：

1、原边桥臂开关管S1和S3、S2、S4均为互补导通，占空比可调，开关管S1和S2占空比相同，S3和S4的占空比相同，原边全桥变换器桥臂LegA和LegB之间的相位角为

2、储能蓄电池通过两个大小相同的电感L_bat1、L_bat2分别连接到移相全桥变换器的原边桥臂的两个中点A、B。

3、移相全桥变换器的输出电压U_o、直流母线电压U_bus、以及光伏电池串的两端电压U_pv之间满足U_pv＝U_bus-U_o，而移相全桥变换器的输出电压U_o与输入电压U_bus之间满足U_o＝αU_bus，即U_pv＝U_bus-αU_bus。

4、一种应用于光伏发电系统能量高效传输的三端口DC-DC变换器控制方法，具体包括以下步骤：