[发明专利]一种隔离型三端口双向DC-DC变换器

说明书

本发明公开了一种隔离型三端口双向DC‑DC变换器，包括超级电容、蓄电池、直流母线端口、一个三端口串联谐振直流变换器和一个三相交错并联直流变换器，超级电容的端口通过三相交错并联直流变换器接入，且与蓄电池端口一并通过三端口串联谐振直流变换器与直流母线端口相连，三相交错并联直流变换器用于稳压，三端口串联谐振直流变换器用于控制超级电容端口、蓄电池端口以及直流母线端口间的功率流动；三端口串联谐振直流变换器包括一个三绕组变压器、三个全桥电路和两个LC串联谐振腔，两个LC串联谐振腔分别由第一滤波电感、第一滤波电容串联和第二滤波电感、第二滤波电容串联构成。本发明实现软开关工作的范围进而提高该变换器的效率和系统输出功率。

技术领域

本发明涉及直流微电网技术领域，具体为一种隔离型三端口双向DC-DC变换器。

背景技术

随着光伏、风能及燃料电池等新能源技术的发展，直流微电网领域成为了近些年研究的热点。但太阳能和风能由于受环境的影响较大，出力不稳定也不连续，故在新能源发电系统中往往加入储能系统来提高其供电质量。一般来说，直流发电单元和储能单元的电压等级比较低，需要使用多个直流变换器升压后才能连接到共同的直流母线上。这将导致多直流变换器系统结构复杂、成本较高、功率密度低，并且多个变换器之间还需要进行协调控制。而采用一个含有多个端口的直流变换器来取代多个独立的DC/DC变换器，不仅避免了使用较多的功率开关器件，降低了功率损耗，还有利于系统向小型化发展，大大降低了系统的成本，提高了系统的效率等。

根据隔离方式的不同，三端口双向直流变换器包括非隔离型、部分隔离型以及完全隔离型三类。非隔离型变换器不使用隔离变压器，效率较高，但仅适用于各端口间电压彼此相近的场合，且安全系数较低。部分隔离型变换器中三端口没有完全耦合在一起，可较为方便地实现端口的扩展，但该拓扑可能发生变压器绕组电压不匹配及轻载时效率偏低的问题。完全隔离型变换器实现了各端口间的彼此电气隔离，端口适用性较好，且开关功率器件易实现软开关。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种集成混合储能系统的隔离型三端口双向直流变换器，并通过拓宽该变换器开关功率器件实现软开关工作的范围进而提高该变换器的效率和系统输出功率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种隔离型三端口双向DC-DC变换器，包括超级电容、蓄电池、直流母线端口、一个三端口串联谐振直流变换器和一个三相交错并联直流变换器，所述超级电容的端口通过所述三相交错并联直流变换器接入，且与所述蓄电池端口一并通过三端口串联谐振直流变换器与所述直流母线端口相连，所述三相交错并联直流变换器用于稳压，所述三端口串联谐振直流变换器用于控制超级电容端口、蓄电池端口以及直流母线端口间的功率流动；

所述三端口串联谐振直流变换器包括一个三绕组变压器、三个全桥电路和两个LC串联谐振腔，两个所述LC串联谐振腔分别由第一滤波电感、第一滤波电容串联和第二滤波电感、第二滤波电容串联构成；所述三绕组变压器用于提供电气隔离。

三相交错并联直流变换器的单桥臂结构是一个双向升降压变换器，所述超级电容与三相交错并联直流变换器的低压侧相连，所述三端口串联谐振直流变换器与三相交错并联直流变换器的高压侧相连；当功率从超级电容侧流向直流母线端口侧时，三相交错并联直流变换器工作在升压模式；相反地，当功率从直流母线端口侧流向超级电容侧时，三相交错并联直流变换器工作在降压模式。

所述超级电容的端口和直流母线端口间的电压增益为1。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)含三绕组变压器的三端口直流变换器拓扑减少了功率开关管的数量，提高了功率密度。

(2)蓄电池端口和直流母线端口、以及超级电容端口和直流母线端口之间的功率流动是双向的。