基于导抗网络的双向直流变换器及其数字控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于导抗网络的双向直流变换器及其数字控制系统和方法，基于导抗网络的双向直流变换器，包括蓄电池、低压侧滤波电容、第一有源全桥电路、导抗网络、高频变压器、第二有源全桥电路和高压母线侧滤波电容；数字控制系统，包括第一电压传感器、第二电压传感器、电流传感器和DSP数字控制器；其中DSP数字控制器包括BUCK控制器、BOOST控制器、信号调理器、第一选择开关和第二选择开关。利用导抗网络的基本特征，实现双向直流变换器中两个有源全桥电路的高功率因数运行，可大大降低开关管的电流应力；本发明专利技术的系统及方法结合导抗网络的特征，实现了高压侧有源全桥电路的所有开关器件的零电流开通和零电流关断，提高变换器的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于电力电子变换器及其控制领域。
技术介绍
由于双向直流变换器可以实现电路输入、输出侧的能量双向流动，可减小变换器的重量、体积和成本，因而受到广泛的重视。由光伏电池、风电机组作为主要能量来源的新能源发电系统中，在孤岛运行模式下，新能源发电提供电量小于本地负载所需功率时，不足的能量由存储设备通过功率变换器变换后供给；新能源提供电量大于本地负载所需功率时，多余的能量通过变换器储存在存储设备中。因而，新能源发电系统中的存储设备的充、放电可用一套双向DC/DC变换器来实现。用正激、反激等基本电路构成的双向直流变换器由于变压器磁芯部分磁化，限制了其功率较小。利用半桥、全桥电路结构组成的双向直流变换器可以处理较大的功率，通常可以将其分为电流源双向直流变换器和电压源双向直流变换器，由于电流源双向直流变换器的开关管电压尖峰问题，限制了其广泛使用。通常，电压源型双向直流变换器中变压器两侧都为有源全桥电路，两个全桥电路都采用固定的0.5占空比控制，通过控制全桥电路之间的相移来实现能量的流动大小以及方向，该控制策略的一个缺点是变压器侧的功率因数较小，即存在回流到输入源的电流，器件承受的电流应力较大，直接降低了变换器的效率。为提高变换效率，将变压器两侧全桥都采用移相控制，并且两个全桥电路之间需要移相，虽然该方法取得较好的效果，但控制复杂，且变压器侧功率因数也不是在所有情况下都等于I ;或者可以采用一种PWM+移相控制策略，可大大提高变压器侧的功率因数，但是该控制策略针对的是变压器两侧为半桥电路，对传统的全桥电路结构并不适用。LCL谐振电路在工作频率与其谐振频率相等时，具有导抗网络的特性，即LCL-T型谐振变换器可将输入端的电压源转换为输出端的电流源。目前导抗网络已经取得较广泛的应用，如恒流源供电，电容充电，新型逆变器等，但目前还未发现导抗网络应用于双向直流变换器的相关文献。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术的目的是提供一种适合新能源发电系统应用的；采用导抗网络的基本特性来克服传统的双向直流变换器功率因数低、电流应力大和电压应力大的缺点；同时用较简单的数字控制系统实现高功率因数的功率变换，以减小开关器件的电流应力、提高变换效率。技术方案:一种基于导抗网络的双向直流变换器，包括低压侧蓄电池、低压侧滤波电容和移相控制的第一有源全桥电路，其中第一有源桥电路包括带反并二极管和体电容的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的源极与第三开关管的漏极连接，第二开关管的源极与第四开关管的漏极连接，且第一开关管的漏极连接第二开关管的漏极，第三开关管的源极连接第四开关管的源极；所述低压侧蓄电池的正极与低压侧滤波电容一端连接，并且连接在第一开关管的漏极与第二开关管的漏极之间；蓄电池的负极与低压侧滤波电容另一端连接，并且连接在第三开关管的源极与第四开关管的源极之间；基于导抗网络的双向直流变换器还包括导抗网络、高频变压器、第二有源全桥电路和高压母线侧滤波电容；所述导抗网络包括第一电感、第二电感和谐振电容，其中，第一电感一端连接在第一开关管源极与第三开关管漏极之间，第一电感另一端同时与第二电感一端、谐振电容一端连接；谐振电容的另一端连接在第二开关管源极与第四开关管漏极之间；所述第二有源桥电路包括带反并二极管的第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管，第五开关管的源极与第七开关管的漏极连接，第六开关管的源极与第八开关管的漏极连接，且第五开关管的漏极连接第六开关管的漏极，第七开关管的源极连接第八开关管的源极；所述高压直流母线滤波电容的一端连接在第五开关管的漏极与第六开关管的漏极之间，高压直流母线滤波电容的另一端连接在第七开关管的源极与第八开关管的源极之间；所述高频隔离变压器包括原边绕组和副边绕组，其中原边绕组的同名端与导抗网络第二电感的另一端连接，原边绕组的异名端则同时与导抗网络的谐振电容、第二开关管的源极、第四开关管的漏极连接；副边绕组的同名端连接在第五开关管的源极与第七开关管的漏极之间，副边绕组的异名端连接在第六开关管的源极与第八开关管的漏极之间。—种基于导抗网络的双向直流变换器的数字控制系统，包括第一电压传感器、第二电压传感器、电流传感器和DSP数字控制器；其中DSP数字控制器包括BUCK控制器、BOOST控制器、信号调理器、第一选择开关和第二选择开关；第一电压传感器的输入端连接在低压侧蓄电池的两端，第二电压传感器的输入端连接在高压侧滤波电容的两端，电流传感器输入端与低压侧蓄电池相串联；BUCK控制器包括第一减法器、第二减法器、蓄电池电压调节器和蓄电池充电电流调节器，其中，第一减法器的正输入端接蓄电池充电最高电压的基准值，第一减法器的负输入端接第一电压传感器的输出端，第一减法器的输出端接蓄电池电压调节器的输入端；第二减法器的正输入端接蓄电池电压调节器的输出端，第二减法器的负输入端接上述电流传感器的输出端，第二减法器的输出端接蓄电池充电电流调节器的输入端；BOOST控制器包括第三减法器、第四减法器、直流母线电压调节器、蓄电池放电电流调节器和第一反相器，其中，第三减法器的正输入端接直流母线电压基准值，第三减法器的负输入端接第二电压传感器的输出端，第三减法器的输出端接直流母线电压调节器的输入端；第一反相器的输入端接电流传感器的输出端；第四减法器的正输入端接直流母线电压调节器的输出端，第四减法器的负输入端接第一反相器的输出端，第四减法器的输出端接蓄电池放电电流调节器的输入端；第一选择开关为一个三端数字单刀双掷开关，所述蓄电池充电电流调节器输出端接第一选择开关的第二端子，所述蓄电池放电电流调节器输出端接第一选择开关第三端子;信号调理器的第一端子接所述第一选择开关的第一端子，信号调理器的第二端子输出第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的驱动信号；第二选择开关为一个三端数字单刀双掷开关，第二选择开关的第二端子接低电平信号“0”，第二选择开关的第三端子接上述信号调理器的第三端子，第二选择开关的第一端子输出第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管的驱动信号。一种基于导抗网络的双向直流变换器的数字控制方法，包括如下步骤:采用第一电压传感器检测蓄电池电压的反馈信号，采用电流传感器检测蓄电池的充电电流的反馈信号，将蓄电池最高电压的基准值与蓄电池电压反馈信号相减，得到第一电压误差信号，将第一电压误差信号作为蓄电池电压调节器的输入信号，而蓄电池电压调节器的输出信号作为蓄电池充电电流的基准值，将蓄电池充电电流的基准值与蓄电池充电电流的反馈信号相减得到蓄电池充电电流误差信号，将该蓄电池充电电流误差信号作为蓄电池充电电流调节器的输入信号，蓄电池充电电流调节器的输出信号作为第一备用调制信号;利用第一反相器将蓄电池的充电电流的反馈信号反相，得到蓄电池的放电电流反馈信号，将高压直流母线电压的基准值与蓄电池的放电电流反馈信号相减，得到第二电压误差信号，将第二电压误差信号作为直流母线电压调节器的输入信号，而高压直流母线电压调节器的输出信号作为蓄电池放电电流的基准值，将蓄电池放电电流的基准值与蓄电池放电电流的反馈信号相减得到蓄电池放电电流误差信号，将该蓄电池放电电流误差信号作为蓄电池放电电流调节器的输入信号，蓄电池放电电流调节器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于导抗网络的双向直流变换器，包括低压侧蓄电池、低压侧滤波电容和移相控制的第一有源全桥电路，其中第一有源桥电路包括带反并二极管和体电容的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的源极与第三开关管的漏极连接，第二开关管的源极与第四开关管的漏极连接，且第一开关管的漏极连接第二开关管的漏极，第三开关管的源极连接第四开关管的源极；所述低压侧蓄电池的正极与低压侧滤波电容一端连接，并且连接在第一开关管的漏极与第二开关管的漏极之间；蓄电池的负极与低压侧滤波电容另一端连接，并且连接在第三开关管的源极与第四开关管的源极之间；其特征在于：还包括导抗网络、高频变压器、第二有源全桥电路和高压母线侧滤波电容；所述导抗网络包括第一电感、第二电感和谐振电容，其中，第一电感一端连接在第一开关管源极与第三开关管漏极之间，第一电感另一端同时与第二电感一端、谐振电容一端连接；谐振电容的另一端连接在第二开关管源极与第四开关管漏极之间；所述第二有源桥电路包括带反并二极管的第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管，第五开关管的源极与第七开关管的漏极连接，第六开关管的源极与第八开关管的漏极连接，且第五开关管的漏极连接第六开关管的漏极，第七开关管的源极连接第八开关管的源极；所述高压直流母线滤波电容的一端连接在第五开关管的漏极与第六开关管的漏极之间，高压直流母线滤波电容的另一端连接在第七开关管的源极与第八开关管的源极之间；所述高频隔离变压器包括原边绕组和副边绕组，其中原边绕组的同名端与导抗网络第二电感的另一端连接，原边绕组的异名端则同时与导抗网络的谐振电容、第二开关管的源极、第四开关管的漏极连接；副边绕组的同名端连接在第五开关管的源极与第七开关管的漏极之间，副边绕组的异名端连接在第六开关管的源极与第八开关管的漏极之间。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阚加荣，吴云亚，顾春雷，薛迎成，姚志垒，胡国文，陈荣，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：