[发明专利]用于储能系统交错并联开关电容型宽增益双向直流变换器

说明书

本发明公开了一种用于储能系统交错并联开关电容型宽增益双向直流变换器，所述直流变换器在升压运行时通过开关电容并联充电、串联放电获得高电压增益；所述直流变换器在降压运行时通过开关电容串联充电、并联放电获得高降压比；所述双向直流变换器所有功率开关的电压应力均为高压侧电压的一半，且电容电压、电感电流自动平衡；所述双向直流变换器利用交错并联技术减小了低压侧的电流纹波，且拓扑中的功率开关全部采用低通态电阻的可控功率管。该双向直流变换器输入电流纹波小、功率器件电压电流应力低、电压增益高。

技术领域

本发明涉及储能系统双向直流变换器应用领域，尤其涉及一种用于储能系统交错并联开关电容型宽增益双向直流变换器。

背景技术

随着全球能源危机的加剧和环境污染的恶化，新能源的开发和应用已成为各国的研究热点。作为新能源接入及电动汽车发展必不可少的支撑环节，储能系统及其相关技术的研究受到了越来越多的关注和重视。新能源发电系统，如光伏发电等，不能输出稳定的电能，且在负载功率突然增大时不能输出足够大的瞬时功率。储能系统，起着补偿发电侧和用电侧的功率波动的功能，在新能源发电系统中扮演着重要角色。双向直流变换器具有能量双向流动特性，是储能系统中低压储能设备与高压汇流母线间的关键接口，其双向运行的优点使得其在储能系统双向能量流动应用场合得到广泛应用。它可以大幅度减轻系统的重量、减小系统的体积和成本，有着重要的研究价值。储能系统中，由于蓄电池和超级电容等储能设备输出特性软、电压等级低等缺陷，并且在其快速充放电过程中端电压变化范围较大，难以直接与高压汇流母线匹配并联。因此，必须通过大比例升降压双向直流变换器接口低压储能设备与高压汇流母线。

传统的双向直流变换器低压侧电流纹波大，功率器件电压电流应力高，且宽增益时运行在极端占空比，加之变压环节中变压器与耦合电感的漏感和电磁干扰易导致功率器件过高的电压应力。这些都制约该类双向直流变换器在储能系统中的应用。因此，需要研究新的电流纹波小、功率器件电压电流应力低、宽增益且避免极端占空比的双向直流变换器，使其适用于储能系统。

发明内容

本发明提供了一种用于储能系统交错并联开关电容型宽增益双向直流变换器，该双向直流变换器输入电流纹波小、功率器件电压电流应力低、电压增益高，详见下文描述：

一种用于储能系统交错并联开关电容型宽增益双向直流变换器，所述直流变换器在升压运行时通过开关电容并联充电、串联放电获得高电压增益；

所述直流变换器在降压运行时通过开关电容串联充电、并联放电获得高降压比；

所述双向直流变换器所有功率开关的电压应力均为高压侧电压的一半，且电容电压、电感电流自动平衡；

所述双向直流变换器利用交错并联技术减小了低压侧的电流纹波，且拓扑中的功率开关全部采用低通态电阻的可控功率管。

所述高电压增益为：

其中，U_high为高压侧端口电压；U_low为低压侧端口电压；d_Boost为Boost模式时功率开关Q₁、Q₂的占空比。

所述高降压比为：

其中，U_high为高压侧端口电压；U_low为低压侧端口电压；d_Buck为Buck模式时功率开关Q₃、Q₄的占空比。

所述开关电容并联充电、串联放电具体为：