多端口双向DC/DC变换器结构及其多目标控制策略制造技术

本发明专利技术公开了一种多端口双向DC/DC变换器结构及其多目标控制策略，多端口双向DC/DC变换器结构包括：中间三绕组变压器，以及位于中间三绕组变压器两侧的第一变换器、第二变换器和第三变换器，第一变换器和第二变换器的输入侧分别与中间三绕组变压器的低压侧连接，中间三绕组变换器的高压侧连接第三变换器的输出侧，第三变换器的输入侧作为多端口双向DC/DC变换器结构的端口3与牵引网连接，第一变换器的输出侧作为多端口双向DC/DC变换器结构的端口1，第二变换器的输出侧作为多端口双向DC/DC变换器结构的端口2，端口1和端口2同时连接储能介质。能介质。能介质。

【技术实现步骤摘要】
多端口双向DC/DC变换器结构及其多目标控制策略


[0001]本专利技术涉及储能系统
，具体涉及一种多端口双向DC/DC变换器结构及其多目标控制策略。

技术介绍

[0002]随着城市化进程加速，城市轨道交通迅速发展，其凭借巨大的运量和安全环保等特点受到广泛关注。但随着新铁路线的不断开通，城市轨道交通在未来的能源消耗方面将面临严重问题，其节能需求变得越来越紧迫。
[0003]为了促进轨道交通节能减排，需要优化能源结构，尤其是对城轨供电技术进行改革创新，这是解决城市轨道交通能量消耗问题的根本途径。太阳能发电是一种最具可持续发展理念的可再生能源技术。近年来，中国的光伏发电产业得到持续稳步发展，技术日趋成熟。在城市交通领域实现零碳排放的大背景下，将太阳能光伏系统接入城轨供电系统成为近年的发展趋势。由于轨道交通线路设有多个场地，如停车场、车辆段和控制中心，同时还设有高架站和高架区间，这些场地优势为光伏发电系统在城市轨道交通中的应用提供了可能。然而，由于自然环境因素(如日照强度和环境温度)的影响，光伏发电系统的电能供应持续性和稳定性无法得到保证，从而在城轨交通系统中的应用存在能源利用率低和产生安全隐患等问题。
[0004]为了解决这些问题，需要考虑系统中储能装置的接入，以提高光能利用效率、平抑电压波动，并实现再生制动能量的回收利用，从而以成本最优的方式安全稳定运行系统。为将混合储能系统接入城轨供电网络，需要研究合适的双向DC/DC变换器。与两台双向DC/DC变换器并联接入不同，多端口双向DC/DC变换器具有集成度更高、对通讯要求更低，效率更高等优势，并且在控制上更简单，只需要一个中央控制器。此外，还需要针对多端口双向DC/DC变换器的特点设计适当的控制策略，以实现稳定牵引网电压和平抑功率波动的同时，达到不同储能介质间的优势互补目的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种多端口双向DC/DC变换器结构及其多目标控制策略，以能够有效地减轻用于城轨供电系统的混合储能系统的变换器的体积和重量，同时提升系统效率，此外，本专利技术的多目标控制策略，能够实现不同储能介质间的优势互补，以及稳定牵引网电压和平抑功率波动的效果。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供一种多端口双向DC/DC变换器结构，所述多端口双向DC/DC变换器结构包括：
[0008]中间三绕组变压器，以及位于所述中间三绕组变压器两侧的第一变换器、第二变换器和第三变换器，所述第一变换器和所述第二变换器的输入侧分别与所述中间三绕组变压器的低压侧连接，所述中间三绕组变换器的高压侧连接所述第三变换器的输出侧，所述
第三变换器的输入侧作为所述多端口双向DC/DC变换器结构的端口3与牵引网连接，所述第一变换器的输出侧作为所述多端口双向DC/DC变换器结构的端口1，所述第二变换器的输出侧作为所述多端口双向DC/DC变换器结构的端口2，所述端口1和所述端口2同时连接储能介质。
[0009]可选择地，所述第一变换器包括输入电感L
r1
、电容C1、电容C2、输出电感L
dc1
、开关管S1和开关管S2，所述输入电感L
r1
的一端连接所述中间三绕组变压器的低压侧一端，其另一端同时连接所述开关管S1的源极和所述电容C2的一端，所述开关管S1的漏极连接所述电容C1的一端，所述电容C2的另一端同时连接所述开关管S2的漏极和所述输出电感L
dc1
的一端，所述输出电感L
dc1
的一端作为所述端口1的正极，所述中间三绕组变压器的低压侧另一端、所述电容C1的另一端和所述开关管S2的源极同时连接以作为所述端口1的负极。
[0010]可选择地，所述第二变换器包括输入电感L
r2
、电容C3、电容C4、输出电感L
dc2
、开关管S3和开关管S4，所述输入电感L
r2
的一端连接所述中间三绕组变压器的低压侧一端，其另一端同时连接所述开关管S3的源极和所述电容C4的一端，所述开关管S3的漏极连接所述电容C3的一端，所述电容C4的另一端同时连接所述开关管S4的漏极和所述输出电感L
dc2
的一端，所述输出电感L
dc2
的一端作为所述端口2的正极，所述中间三绕组变压器的低压侧另一端、所述电容C3的另一端和所述开关管S4的源极同时连接以作为所述端口2的负极。
[0011]可选择地，所述第一变换器的输出电感L
dc1
和所述第二变换器的输出电感L
dc2
表达式为：
[0012][0013][0014]其中，V
Bat
为第一变换器输出侧的额定电压，V
SC
为第二变换器输出侧的额定电压，D为开关信号占空比，ΔI
dc1
为第一变换器输出电感的电流纹波要求，ΔI
dc2
为第二变换器输出电感的电流纹波要求，T
s
为开关周期。
[0015]可选择地，所述第三变换器包括输入电容C
s
、开关管S5、开关管S6、开关管S7、开关管S8和输出电感L
r3
，所述输入电容C
S
的一端、所述开关管S5的漏极和所述开关管S7的漏极同时连接以作为连接所述端口3的正极，所述输入电容C
S
的另一端、所述开关管S8的源极和所述开关管S6的源极同时连接以作为所述端口3的负极，所述开关管S5的源极、所述开关管S6的漏极和所述输出电感L
r3
的一端同时连接，所述输出电感L
r3
的另一端连接所述中间三绕组变压器的高压侧一端，所述开关管S7的源极和所述开关管S8的漏极同时连接所述中间三绕组变压器的高压侧另一端。
[0016]可选择地，在端口电压和变换器工作频率一定的情况下，得到所述第三变换器的输出电感L
r3
、第一变换器的输入电感L
r1
和第二变换器的输入电感L
r2
的表达式为：
[0017][0018]其中，为第一变换器和第三变换器的开关管驱动信号之间的输出移相角，为第二变换器和第三变换器的开关管驱动信号之间的输出移相角，V
Bat
为第一变换器输出
侧的额定电压，V
SC
为第二变换器输出侧的额定电压，f
k
为开关频率，P
o
为第一变换器或第二变换器的额定输出电压。
[0019]可选择地，所述第一变换器和/或所述第二变换器和/或所述第三变换器的所有开关管为全控型半导体器件。
[0020]可选择地，所述中间三绕组变压器采用高频变压器，其中三个端口之间的变比根据所述牵引网电压以及所述储能介质的标称电压共同决定，所述中间三绕组变压器的容量根据储能介质容量确定。
[0021]本专利技术还提供一种基于上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多端口双向DC/DC变换器结构，其特征在于，所述多端口双向DC/DC变换器结构包括：中间三绕组变压器，以及位于所述中间三绕组变压器两侧的第一变换器、第二变换器和第三变换器，所述第一变换器和所述第二变换器的输入侧分别与所述中间三绕组变压器的低压侧连接，所述中间三绕组变换器的高压侧连接所述第三变换器的输出侧，所述第三变换器的输入侧作为所述多端口双向DC/DC变换器结构的端口3与牵引网连接，所述第一变换器的输出侧作为所述多端口双向DC/DC变换器结构的端口1，所述第二变换器的输出侧作为所述多端口双向DC/DC变换器结构的端口2，所述端口1和所述端口2同时连接储能介质。2.根据权利要求1所述的多端口双向DC/DC变换器结构，其特征在于，所述第一变换器包括输入电感L
r1
、电容C1、电容C2、输出电感L
dc1
、开关管S1和开关管S2，所述输入电感L
r1
的一端连接所述中间三绕组变压器的低压侧一端，其另一端同时连接所述开关管S1的源极和所述电容C2的一端，所述开关管S1的漏极连接所述电容C1的一端，所述电容C2的另一端同时连接所述开关管S2的漏极和所述输出电感L
dc1
的一端，所述输出电感L
dc1
的一端作为所述端口1的正极，所述中间三绕组变压器的低压侧另一端、所述电容C1的另一端和所述开关管S2的源极同时连接以作为所述端口1的负极。3.根据权利要求2所述的多端口双向DC/DC变换器结构，其特征在于，所述第二变换器包括输入电感L
r2
、电容C3、电容C4、输出电感L
dc2
、开关管S3和开关管S4，所述输入电感L
r2
的一端连接所述中间三绕组变压器的低压侧一端，其另一端同时连接所述开关管S3的源极和所述电容C4的一端，所述开关管S3的漏极连接所述电容C3的一端，所述电容C4的另一端同时连接所述开关管S4的漏极和所述输出电感L
dc2
的一端，所述输出电感L
dc2
的一端作为所述端口2的正极，所述中间三绕组变压器的低压侧另一端、所述电容C3的另一端和所述开关管S4的源极同时连接以作为所述端口2的负极。4.根据权利要求3所述的多端口双向DC/DC变换器结构，其特征在于，所述第一变换器的输出电感L
dc1
和所述第二变换器的输出电感L
dc2
表达式为：表达式为：其中，V
Bat
为第一变换器输出侧的额定电压，V
SC
为第二变换器输出侧的额定电压，D为开关信号占空比，ΔI
dc1
为第一变换器输出电感的电流纹波要求，ΔI
dc2
为第二变换器输出电感的电流纹波要求，T
s
为开关周期。5.根据权利要求3所述的多端口双向DC/DC变换器结构，其特征在于，所述第三变换器包括输入电容C
s
、开关管S5、开关管S6、开关管S7、开关管S8和输出电感L
r3
，所述输入电容C
S
的一端、所述开关管S5的漏极和所述开关管S7的漏极同时连接以作为连接所述端口3的正极，所述输入电容C
S
的另一端、所述开关管S8的源极和所述开关管S6的源极同时连接以作为所述端口3的负极，所述开关管S5的源极、所述开关管S6的漏极和所述输出电感L
r3
的一端同时连接，所述输出电感L
r3
的另一端连接所述中间三绕组变压器的高压侧一端，所述开关管S7...

【专利技术属性】
技术研发人员：武超，徐常庆，杨庆业，高娟，韩鹏程，娄颖，王国栋，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：