[发明专利]一种三端口双向DC-DC变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种三端口双向DC‑DC变换器及其控制方法。该变换器中的第一整流逆变模块的端口连接超级电容；第一整流逆变模块依次通过第一谐振腔和三绕组变压器与第三整流逆变模块连接；第二整流逆变模块的端口连接蓄电池；第二整流逆变模块依次通过第二谐振腔和三绕组变压器与第三整流逆变模块连接；第三整流逆变模块的端口连接直流微网母线；第一整流逆变模块为复合式全桥三电平结构；第一谐振腔和第二谐振腔均为LCLC谐振腔；LCLC谐振腔由串联谐振腔和并联谐振腔串联而成；第二整流逆变模块和第三整流逆变模块均为全桥结构。本发明能在保证变换器的ZVS特性的同时，获得宽电压增益特性，从而兼容大范围波动的超级电容电压。

技术领域

本发明涉及变换器领域，特别是涉及一种三端口双向DC-DC变换器及其控制方法。

背景技术

直流微网内风、光等分布式电源的输出功率具有间歇性和随机性；电动汽车及系统内其他负荷与人们的日常活动息息相关，也具有明显的随机波动性。这类随机波动，尤其是短时功率冲击将可能对直流母线电压造成冲击，严重威胁直流微网的安全稳定运行。直流微网中也可由直流侧储能单元进行直流母线电压控制，维持系统功率平衡。鉴于每一种储能方式都有其优缺点，单独使用时很难满足直流微网对于可靠性以及经济性的需求。而采用混合储能方式，用两种或多种储能方法进行有机结合，扬长避短，可以充分发挥各类型储能的优点，并且能够满足直流微网系统对储能装置能量和功率等方面的需求，延长各储能装置的使用寿命。混合储能系统接入直流微网的形式按其接口双向DC/DC变换器的不同，可分为储能单元分别通过独立变换器接入直流微网以及混合储能单元通过三端口或多端口变换器接入直流微网两种形式。为了实现混合储能系统的集成控制，满足直流微网安全性要求，以及实现电力电子装置高效化、小型化以及轻量化的发展目标，可采用隔离型的具有软开关特性的谐振型三端口双向DC/DC变换器接入直流微网。

常见的隔离型三端口双向DC-DC变换器有三有源桥和串联谐振三端口两种结构。其中三有源桥变换器如图1所示，由双有源桥扩展得到，具有三端口隔离、能量双向流动、开关管零电压软开关特性以及采用移相控制进行三端口间功率控制的优点。但是三端口间存在能量耦合，控制方法复杂。此外，三有源桥在大功率情况下需要降低变换器的开关频率，较低的开关频率不利于提高系统的功率密度。

串联谐振三端口双向DC/DC变换器如图2所示，将LC串联谐振腔引入到三有源桥拓扑中，该拓扑延续了三有源桥拓扑能量双向流动、开关管ZVS特性以及采用移相控制进行能量管理等优点。而谐振腔阻抗由谐振腔电感感值、谐振电容容值以及开关频率共同决定，从而保证串联谐振三端口双向DC-DC变换器可以在较高频率下实现大功率传输。同时三端口间能量解耦，控制回路中无需解耦算法，控制简单。然而，该变换器在轻载情况下，由于移相角过小，开关管关断电流过小，谐振腔储存的能量不足，导致开关管失去零电压(ZVS)特性。此外，由于串联谐振腔仅具有一个串联谐振频率，仅能够对全桥变换器的输出方波中的基频分量进行传递，谐振电流具有单个谐振峰，电流应力较大。

发明内容

基于此，有必要提供一种三端口双向DC-DC变换器及其控制方法，以在保证变换器的ZVS特性的同时，获得宽电压增益特性，从而兼容大范围波动的超级电容电压。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种三端口双向DC-DC变换器，包括：第一整流逆变模块、第一谐振腔、第二整流逆变模块、第二谐振腔、第三整流逆变模块和三绕组变压器；

所述第一整流逆变模块的端口连接超级电容；所述第一整流逆变模块依次通过所述第一谐振腔和所述三绕组变压器与所述第三整流逆变模块连接；所述第二整流逆变模块的端口连接蓄电池；所述第二整流逆变模块依次通过所述第二谐振腔和所述三绕组变压器与所述第三整流逆变模块连接；所述第三整流逆变模块的端口连接直流微网母线；