本技术针对光储系统,提出了一种谐振型三端口直流变换器拓扑结构及其定频PWM调制技术。该变换器拓扑设计包含光伏端口V_pv,旨在实现高效能量转换与管理。
背景技术
新能源因具有清洁和可再生的优势正逐步取代以火力发电为代表的传统发电方式。在光储系统中,光伏阵列的输出易受光照等环境因素的影响,因此需要加入储能单元来保证对负载的持续稳定供电。用于实现能量流动控制和负载调节的直流变换器是光伏储能系统的重要组成部分。传统方案下,通过多个二端口变换器来实现光伏阵列、电池和负载间的能量控制,但存在多级能量转换和控制分散的问题。为提高系统效率,可实现单级能量转换的三端口直流变换器得到广泛应用。三端口变换器根据隔离类型可分为非隔离型、完全隔离型和部分隔离型三类。其中,非隔离型三端口变换器结构简单且器件数量少,但仅适用于各端口电压等级接近的场合;完全隔离型三端口变换器中各端口均能实现电气隔离,但器件数量多且变压器设计复杂;部分隔离型三端口变换器兼具器件少和负载隔离的优势,是光伏储能系统应用下的优选。在现有的部分隔离型三端口变换器中,基于正激电路的拓扑结构简单但难以实现所有开关管的软开关;基于两相交错boost和双有源直流变换器的拓扑具备软开关能力但存在开关管及磁性元件数量多的问题;基于谐振变换器的拓扑同样存在磁性元件或开关管数量多的问题,且调频调制下难以满足光储系统对宽电压增益范围的需求。
经检索,中国专利公开号为:CN117458883A的发明专利提出了一种光储式CLLC谐振型三端口DC-DC变换器,属于混合储能系统中的电力电子变换器领域,尤其是一种光储式CLLC谐振型三端口DC-DC变换器,该变换器由原边电路、副边电路、变压器加CLLC谐振网络三部分构成;原边电路和副边电路通过双路交错并联双向Buck-Boost电路与双有源桥集成所得。本发明通过双路交错并联双向Buck-Boost电路与双有源桥集成形成三端口DC-DC变换器,实现开关管复用,有效减少开关管的数量,降低变换器成本,提高系统功率密度;本发明的CLLC谐振网络、第一电感L1及第二电感L2使DC-DC变换器的八个开关管均可实现软开关,从而减小变换器的开关损耗。
本申请与上述专利对比如下:
一种光储式CLLC谐振型三端口DC-DC变换器中的变换器为两相交错双向Buck-Boost电路与全桥CLLC谐振变换器集成,包含五个磁性元件(两个直流电感、两个谐振电感和一个变压器)和8个开关管;本专利的变换器为单相双向Buck-Boost电路与半桥LLC谐振变换器集成,包含两个磁性元件和四个开关管,器件数量更少。两者在拓扑器件集成的设计思路上有本质区别。
一种光储式CLLC谐振型三端口DC-DC变换器中的变换器采用占空比+移相的控制方式,具体细节并未阐述;本专利的变换器采用定频PWM控制方法,变换器开关频率等于谐振频率,通过调节原边开关管占空比实现光伏最大功率跟踪或电池的过充保护,通过调节副边的开关管占空比实现输出电压控制,在该方法下,变换器电压增益与端口功率解耦。两者在控制方法的设计思路上有本质区别。
经检索,中国专利公开号为:CN118074533A的发明专利提出了一种LCC型电流馈电三端口光储制氢直流变换器及控制方法,其中变换器包括第一端口直流输入电容、第二端口交错并联输入电感、逆变全桥、LCC谐振腔、高频隔离变压器、二极管不控整流全桥及第三端口直流输出电感;变换器采用变占空比变频复合控制方法,通过改变占空比调节第一端口的输入电压或第二端口的输入电压,通过改变开关频率调节第三端口的输出电压或输出电流。本发明采用三端口直流变换器集成储能进行新能源电解制氢,储能能够有效平滑光伏等新能源功率波动,提升电解制氢系统的动态适应性和运行可靠性;同时三端口拓扑可减少所使用的电力电子器件数量以及功率变换环节,进而降低变换器成本和体积,提高转换效率。
本申请与上述专利对比如下:
一种LCC型电流馈电三端口光储制氢直流变换器及控制方法中的变换器的输出端口为单向端口,采用两相交错双向Buck-Boost电路与单向全桥LCC谐振变换器集成的方案,包含四个磁性元件(两个直流电感、一个谐振电感、一个变压器)、四个开关管和四个整流二极管;本专利的变换器的输出端口为双向端口,采用单相双向Buck-Boost电路与半桥LLC谐振变换器集成的方案,仅包含两个磁性元件和四个开关管,器件数量更少,且LLC变换器的工作原理与LCC型变换器不同。两者在变换器拓扑的设计思路上有本质区别。
一种LCC型电流馈电三端口光储制氢直流变换器及控制方法中的变换器采用PWM+调频控制,通过调节原边开关管占空比来控制原边两个端口,通过调节开关频率来控制副边的输出端口,调频控制下存在磁性元件设计复杂和调压范围受限的问题;本专利的变换器采用定频PWM控制方法,变换器开关频率等于谐振频率,通过调节原边开关管占空比实现光伏最大功率跟踪或电池的过充保护,通过调节副边的开关管占空比实现输出电压控制,变换器可以在固定开关频率下实现宽电压增益。两者在控制方法的设计思路上有本质区别。
实现思路