一种直流电变换器及能源储存系统技术方案

本发明专利技术提供了一种直流电变换器及能源储存系统。该变换器包括高压侧H桥、CLLC谐振腔以及低压侧H桥。高压侧H桥中的开关管的控制信号和低压侧H桥中的开关管的控制信号的占空比相同，低压侧H桥中的开关管的控制信号与高压侧H桥中的开关管的控制信号之间有一个移相时间差Δt，以使得低压侧H桥中的开关管的控制信号超前于高压侧H桥中的开关管的控制信号，其中，移相时间差Δt不超过死区时间tdead。本发明专利技术的变换器通过改进同步整流机制，有效避免低压侧提供励磁电流，降低了导通损耗，从而提高了变换器的变换效率；同时使得电压增益范围变得更宽，从而在双向工作时使得输出电压更稳定。

A DC Converter and Energy Storage System

【技术实现步骤摘要】
一种直流电变换器及能源储存系统
本专利技术涉及电力转换领域，更具体地涉及一种直流电变换器及能源储存系统。
技术介绍
电力转换为天然气(PowertoGas，简称P2G)是新兴的大规模能源储存方案，其实现方法为利用可再生能源发电站的过剩电力生产氢气或合成天然气，并在高需求期间消耗天然气用于发电。其中一种可靠的实现方案是利用固体氧化物电池(SolidOxideCell，简称SOC)通过双向变换器与电网交换能量，从而储存过剩电力。双向变换器需要能够支持高电压变比和宽输出范围的DC-DC转换需求。可以利用级联设计满足高电压变比和宽输出范围的DC-DC转换需求，但级联设计需要的元器件较多，也需要进行多级控制，因此稳定性比较低。CLLC谐振变换器具有对称的特性可以用于双向工作，因此在P2G应用中具有优越性。然而，传统的CLLC谐振变换器由于低压侧提供的高磁化电流引起的传导损耗，影响了变换器的变换效率。
技术实现思路
鉴于上述问题提出了本专利技术，以便提供一种至少部分地解决上述问题的直流电变换器及能源储存系统。根据本专利技术一个方面，提供了一种直流电变换器，该变换器包括高压侧H桥、CLLC谐振腔以及低压侧H桥，其中，所述高压侧H桥的第一节点与所述CLLC谐振腔的第一端连接，所述高压侧H桥的第二节点与所述CLLC谐振腔的第二端连接，所述低压侧H桥的第一节点与所述CLLC谐振腔的第三端连接，所述低压侧H桥的第二节点与所述CLLC谐振腔的第四端连接；所述高压侧H桥包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及高压侧并联电容，其中，所述第一开关管的第一端与所述第三开关管的第一端以及所述高压侧并联电容的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的第二端以及所述高压侧并联电容的第二端连接，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第二端连接；所述低压侧H桥包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管以及低压侧并联电容，其中，所述第五开关管的第一端与所述第七开关管的第一端以及所述低压侧并联电容的第一端连接，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第三端连接，所述第六开关管的第二端与所述第八开关管的第二端以及所述低压侧并联电容的第二端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第四端连接；所述高压侧H桥中的开关管的控制信号和所述低压侧H桥中的开关管的控制信号的占空比相同，所述低压侧H桥中的开关管的控制信号与所述高压侧H桥中的开关管的控制信号之间有一个移相时间差Δt，以使得所述低压侧H桥中的开关管的控制信号超前于所述高压侧H桥中的开关管的控制信号，其中，所述移相时间差Δt不超过死区时间tdead。示例性地，所述CLLC谐振腔包括高压侧谐振电容、谐振电感、励磁电感、变压器以及低压侧谐振电容，其中，所述高压侧谐振电容的第一端与所述高压侧H桥的第一节点连接，所述高压侧谐振电容的第二端与所述谐振电感的第一端连接，所述谐振电感的第二端与所述励磁电感的第一端以及所述变压器的第一端连接，所述励磁电感的第二端与所述变压器的第二端以及所述低压侧H桥的第二节点连接，所述变压器的第三端与所述低压侧谐振电容的第一端连接，所述低压侧谐振电容的第二端与所述低压侧H桥的第一节点连接，所述变压器的第四端与所述低压侧H桥的第二节点连接。示例性地，所述移相时间差Δt满足以下条件：其中，Lr为所述谐振电感的感值，UH为所述变换器的高压侧电压，C′s2为所述低压侧H桥的开关管的输出电容按照所述变压器的变比折算到原边的容值，fr为所述CLLC谐振腔的谐振频率，P为所述变换器的输出功率，fN为所述高压侧H桥和所述低压侧H桥中的开关管的开关频率，UL为所述变换器的低压侧电压，kb(fN)为所述变压器的副边电流中的无功电流与有功电流的比值，上述表达式中均采用标幺值。示例性地，所述移相时间差Δt为所述死区时间tdead的一半。示例性地，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管以及所述第八开关管是功率MOS管。示例性地，所述高压侧H桥用于连接光伏板阵列发电端口，所述低压侧H桥用于连接固体氧化物电池。根据本专利技术另一方面，提供了一种能源储存系统，包括可再生能源发电站、上述变换器以及固体氧化物电池，其中，所述可再生能源发电站与所述变换器的高压侧H桥连接，所述固体氧化物电池与所述变换器的低压侧H桥连接。示例性地，所述可再生能源发电站是平板光伏电站。本专利技术的变换器通过改进同步整流(SynchronousRectification，简称SR)机制，低压侧H桥中的开关管的控制信号与高压侧H桥中的开关管的控制信号之间有一个移相时间差Δt，以使得低压侧H桥中的开关管的控制信号超前于高压侧H桥中的开关管的控制信号，由此有效避免低压侧提供励磁电流，降低了导通损耗，从而提高了变换器的变换效率；同时使得电压增益范围变得更宽，从而在双向工作时使得输出电压更稳定。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明通过结合附图对本专利技术实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。图1示出了根据本专利技术一个实施例的直流电变换器的示意性电路图；图2A示出了传统CLLC谐振变换器的同步整流控制信号的示意图；图2B示出了根据本专利技术一个实施例的直流电变换器的同步整流控制信号的示意图；图3A示出了P＝+1kW情况下传统CLLC谐振变换器的实验波形图；图3B示出了P＝+1kW情况下根据本专利技术一个实施例的直流电变换器的实验波形图；图4A示出了P＝+0.5kW情况下传统CLLC谐振变换器的实验波形图；图4B示出了P＝+0.5kW情况下根据本专利技术一个实施例的直流电变换器的实验波形图；图5A示出了P＝-1kW情况下传统CLLC谐振变换器的实验波形图；图5B示出了P＝-1kW情况下根据本专利技术一个实施例的直流电变换器的实验波形图；以及图6A、图6B分别示出了P＝+1.0pu以及P＝-1.0pu情况下根据本专利技术一个实施例的直流电变换器的移相时间差Δt的可行范围示意图。具体实施方式为了使得本专利技术的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本专利技术的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是本专利技术的全部实施例，应理解，本专利技术不受这里描述的示例实施例的限制。为了解决CLLC谐振变换器由于低压侧提供的高磁化电流引起的传导损耗问题，本专利技术实施例提供了一种直流电变换器。下面将参照图1详细描述本专利技术一个实施例的直流电变换器。图1示出了根据本专利技术一个实施例的直流电变换器100的示意性电路图。如图1所示，直流电变换器100包括高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流电变换器，其特征在于，包括高压侧H桥、CLLC谐振腔以及低压侧H桥，其中，所述高压侧H桥的第一节点与所述CLLC谐振腔的第一端连接，所述高压侧H桥的第二节点与所述CLLC谐振腔的第二端连接，所述低压侧H桥的第一节点与所述CLLC谐振腔的第三端连接，所述低压侧H桥的第二节点与所述CLLC谐振腔的第四端连接；所述高压侧H桥包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及高压侧并联电容，其中，所述第一开关管的第一端与所述第三开关管的第一端以及所述高压侧并联电容的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的第二端以及所述高压侧并联电容的第二端连接，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第二端连接；所述低压侧H桥包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管以及低压侧并联电容，其中，所述第五开关管的第一端与所述第七开关管的第一端以及所述低压侧并联电容的第一端连接，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第三端连接，所述第六开关管的第二端与所述第八开关管的第二端以及所述低压侧并联电容的第二端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第四端连接；所述高压侧H桥中的开关管的控制信号和所述低压侧H桥中的开关管的控制信号的占空比相同，所述低压侧H桥中的开关管的控制信号与所述高压侧H桥中的开关管的控制信号之间有一个移相时间差Δt，以使得所述低压侧H桥中的开关管的控制信号超前于所述高压侧H桥中的开关管的控制信号，其中，所述移相时间差Δt不超过死区时间tdead。...

【技术特征摘要】
1.一种直流电变换器，其特征在于，包括高压侧H桥、CLLC谐振腔以及低压侧H桥，其中，所述高压侧H桥的第一节点与所述CLLC谐振腔的第一端连接，所述高压侧H桥的第二节点与所述CLLC谐振腔的第二端连接，所述低压侧H桥的第一节点与所述CLLC谐振腔的第三端连接，所述低压侧H桥的第二节点与所述CLLC谐振腔的第四端连接；所述高压侧H桥包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及高压侧并联电容，其中，所述第一开关管的第一端与所述第三开关管的第一端以及所述高压侧并联电容的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的第二端以及所述高压侧并联电容的第二端连接，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第二端连接；所述低压侧H桥包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管以及低压侧并联电容，其中，所述第五开关管的第一端与所述第七开关管的第一端以及所述低压侧并联电容的第一端连接，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第三端连接，所述第六开关管的第二端与所述第八开关管的第二端以及所述低压侧并联电容的第二端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端以及所述CLLC谐振腔的第四端连接；所述高压侧H桥中的开关管的控制信号和所述低压侧H桥中的开关管的控制信号的占空比相同，所述低压侧H桥中的开关管的控制信号与所述高压侧H桥中的开关管的控制信号之间有一个移相时间差Δt，以使得所述低压侧H桥中的开关管的控制信号超前于所述高压侧H桥中的开关管的控制信号，其中，所述移相时间差Δt不超过死区时间tdead。2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述CLLC谐振腔包括高压侧谐振电容、谐振电感、励磁电感、变压器以及低压侧谐振电...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅杨，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11