[发明专利]一种混合储能三端口DC-DC变换器及其功率分配控制方法

说明书

本发明提出一种混合储能三端口DC‑DC变换器及其功率分配控制方法，所述混合储能变换器属于部分隔离型三端口变换器，并充分采用开关管复用技术降低器件数量，从而降低系统复杂程度。其中蓄电池组位于低压侧，并通过隔离变压器与直流母线交换能量，而超级电容位于高压侧，为单级功率传输，相比多级结构响应更快。同时，针对所提出新型混合储能三端口DC‑DC变换器结构特性，设计了基于虚拟阻抗方法与移相加占空比调制的混合储能功率分配控制方法，达到了超级电容响应系统中高频功率波动，蓄电池响应系统中低频功率波动的目的。

技术领域

本发明属于变换器技术领域，特别是涉及一种混合储能三端口DC-DC变换器及其功率分配控制方法。

背景技术

随着可再生能源发电技术与直流负荷的发展，直流电力系统得到广泛研究。但是，光伏出力与风机出力随外界环境变化而变化，具有间歇特性，同时系统中直流负荷变化也具有随机特性。这些功率的变化会引起直流电力系统中直流电压的波动，进而对系统的稳定运行产生影响。为了进一步提高直流电力系统的稳定性，可在系统中配置一定的超级电容组，并与传统蓄电池组形成混合储能，使超级电容缓冲系统中的暂态功率波动，蓄电池则提供长时间尺度能量缓冲，通过两者的优势互补达到稳定直流电压与延长使用寿命的目的。

良好的混合储能接口变换器是实现混合储能合理功率分配的必要条件，目前通常采用的方法有采用独立式变换器和采用多端口变换器两大类。前者中蓄电池和超级电容分别使用一个双端口变换器连接至直流母线，具有结构简单的特点，但存在体积大、成本高等问题。后者通过多端口变换器连接超级电容、蓄电池和直流母线，进一步减少了所需变换器的开关管数量和体积。多端口变换器主要可分为非隔离型和隔离型两大类，其中非隔离型升压范围有限，在蓄电池组、超级电容组与直流母线电压等级差别较大时并不适用。而隔离型变换器通过高频变换器实现高升压比，可减少蓄电池组和超级电容组中储能器件的串联数量。

现有的隔离型多端口变换器中，可分为全隔离型和部分隔离型两类，前者可实现各端口间的完全电气隔离，但变压器绕组较多，且开关管数量较多。部分隔离型通过开关管复用的方式降低变压器绕组与开关管数量，非常适用于混合储能系统中。例如，有学者提出一种部分隔离型三端口混合储能变换器，其中蓄电池组与超级电容组位于低压侧，并共享一条低压直流母线，但由于超级电容与直流母线间传递能量仍需要通过高频变压器，降低了超级电容输出功率的动态响应。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种混合储能三端口DC-DC变换器及其功率分配控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种混合储能三端口DC-DC变换器，所述变换器包括全桥电路、隔离变压器和功率电感；所述变换器低压侧端口1连接蓄电池组，并通过一个低压侧全桥电路和一个功率电感连接至隔离变压器低压绕组A、B两端，高压侧端口2连接超级电容，并通过交错并联结构连接至隔离变压器高压绕组C、D两端，高压侧端口3则连接直流母线。

进一步地，所述交错并联结构包括交错并联电感L₁和交错并联电感L₂；所述变换器在双向有源全桥DC-DC变换器的基础上以交错并联结构在高压侧集成了buck-boost拓扑电路。

进一步地，所述变换器端口2与端口3间的功率传输通过改变开关管S₅-S₆、S₇-S₈的占空比实现调节，端口1与端口3间的功率传输通过改变开关管S₁-S₄、开关管S₅-S₈之间的移相角实现调节，用D、φ分别表示其中的占空比调节量和移相角调节量。

进一步地，通过开关管复用技术，超级电容部分的交错并联结构与蓄电池变换器的高压侧移相桥共享一个全桥电路。