一种宽电压增益电池储能型双向直流变换电路及方法与流程

技术特征：
1.一种宽电压增益电池储能型双向直流变换电路，其特征在于，包括：第一直流母线、第一电容、第一全桥电路、第一电感、第二直流母线、第二电容、第二全桥电路、第二电感、第三电容以及变压器；其中，所述第一直流母线的正极和所述第一全桥电路直流母线的一端相连，所述第一直流母线的负极和所述第一全桥电路直流母线的另一端相连；所述第一电容的正极连接到所述第一直流母线的正极，所述第一电容的负极连接到所述第一直流母线的负极；所述第一电感和所述第三电容并联连接组成一条并联支路，所述并联支路的一端连接到所述第一全桥电路，所述并联支路的另一端和所述第二电感的一端连接；所述变压器原边绕组的一端连接到所述第二电感的一端，所述变压器原边绕组的另一端连接到所述第一全桥电路两桥臂中点；所述第一电感、所述第一电容和所述第二电感构成谐振腔；所述第二电容的正极连接到所述第二直流母线的正极，所述第二电容的负极连接到所述第二直流母线的负极；所述第二直流母线的正极和所述第二全桥电路直流母线的一端相连，所述第二直流母线的负极和所述第二全桥电路直流母线的另一端相连；所述第二全桥电路两桥臂中点和变压器副边相连。2.根据权利要求1所述的宽电压增益电池储能型双向直流变换电路，其特征在于，所述第一全桥电路由四个开关管s1～s4构成，所述开关管s1的漏极连接到所述第一全桥电路直流母线的一端，所述开关管s2的源极连接到所述第一全桥电路直流母线的另一端，所述开关管s1的源极和所述开关管s2的漏极相连，所述开关管s3的漏极连接到所述第一全桥电路直流母线的一端，所述开关管s4的源极连接到所述第一全桥电路直流母线的另一端，所述开关管s3的源极和所述开关管s4的漏极相连；所述开关管s1的源极同时连接所述第一电感和所述第三电容并联组成的并联支路的一端，所述开关管s3的源极连接到所述变压器原边绕组的另一端；所述第二全桥电路由四个开关管s5～s8构成，所述开关管s5的漏极连接到所述第二全桥电路直流母线的一端，所述开关管s6的源极连接到所述第二全桥电路直流母线的另一端，所述开关管s5的源极和所述开关管s6的漏极相连，所述开关管s7的漏极连接到所述第二全桥电路直流母线的一端，所述开关管s8的源极连接到所述第二全桥电路直流母线的另一端，所述开关管s7的源极和所述开关管s8的漏极相连；所述变压器副边绕组的一端连接到所述开关管s5的源极，所述变压器副边绕组的另一端连接到所述开关管s7的源极。3.一种权利要求1或2所述的宽电压增益电池储能型双向直流变换电路的控制方法，其特征在于，包括：建立双向直流变换电路的频率模型；对所述频率模型进行优化，其中，以电感电流有效值最小为优化目标，以所有开关管实现零电压开通为约束条件，利用优化算法求出最小电感电流有效值以及对应自变量参数的值；将所述自变量参数转化为开关管的驱动信号时序，实现电路控制。4.根据权利要求3所述的宽电压增益电池储能型双向直流变换电路的控制方法，其特征在于，所述建立双向直流变换电路的频率模型，包括：将第一全桥电路两桥臂中点输出的电压写成傅里叶级数；
将第二全桥电路两桥臂中点输出的电压写成傅里叶级数；根据上述写成傅里叶级数的输出电压，采用相量法计算第二电感的n次电流；基于所述第二电感的n次电流计算所述第二电感的电流、所述第二电感的电流有效值；根据写成傅里叶级数的所述第一全桥电路两桥臂中点输出的电压和所述第二电感的n次电流，计算所述双向直流变换电路的传输功率。5.根据权利要求3所述的宽电压增益电池储能型双向直流变换电路的控制方法，其特征在于，所述对所述频率模型进行优化，包括：s201：确定优化目标为第二电感的电流有效值i
l
最小：其中，ω0＝2πf
s
，f
s
为开关管的开关频率，为第一电感和第三电容的谐振频率；l1为第一电感的电感值，l2为第二电感的电感值；其中，振频率；l1为第一电感的电感值，l2为第二电感的电感值；其中，上述：k为变压器t原副边绕组的匝数之比，v1为第一直流母线的电压，v2为第二直流母线的电压；为第一全桥电路两桥臂中点输出的电压中零电平占半个周期的相角度；为第二全桥电路两桥臂中点输出的电压中零电平占半个周期的相角度；β为第二全桥电路两桥臂中点输出的电压中正电平中点落后所述第一全桥电路两桥臂中点输出的电压中正电平中点的相角度；c3为第三电容的电容值；s202：确定变量的优化空间为：β∈(
‑
π,π)；f
s
∈[f
min
,f
max
]，f
min
为设定开关频率范围的下限，f
max
为设定开关频率范围的上限；s203：确定优化变量空间的等式约束为：其中，p
o
为双向直流变换电路需要传输的功率；s204：确定优化变量空间的不等式约束为：
其中，i
l
为第二电感的电流，i1为开关管s1和开关管s2要实现软开关的电流值的大小，i2为开关管s3和开关管s4要实现软开关的电流值的大小，i3为开关管s5和开关管s6要实现软开关的电流值的大小，i4为开关管s7和开关管s8要实现软开关的电流值的大小；优化后得到输出最优解β、f
s
。6.根据权利要求3所述的宽电压增益电池储能型双向直流变换电路的控制方法，其特征在于，所述将所述自变量参数转化为开关管的驱动信号时序，包括：设定开关管s1和开关管s2的占空比为0.5，两者互补导通且设置死区时间，假设所述开关管s1的上升沿为初始时间；设定开关管s3和开关管s4的占空比为0.5，两者互补导通且设置死区时间，设定所述开关管s4的上升沿滞后所述开关管s1的上升沿的时间为设定开关管s5和开关管s6的占空比为0.5，两者互补导通且设置死区时间，设定所述开关管s5的上升沿滞后所述开关管s1的上升沿的时间为关管s5的上升沿滞后所述开关管s1的上升沿的时间为设定开关管s7和开关管s8的占空比为0.5，两者互补导通且设置死区时间，设定所述开关管s8的上升沿滞后所述开关管s1的上升沿的时间为关管s8的上升沿滞后所述开关管s1的上升沿的时间为7.一种权利要求1或2所述的宽电压增益电池储能型双向直流变换电路的控制系统，其特征在于，包括：模型建立模块，该模块建立双向直流变换电路的频率模型；模型优化模块，该模型对建立的所述频率模型进行优化，其中，以电感电流有效值最小为优化目标，以所有开关管实现零电压开通为约束条件，利用优化算法求出最小电感电流有效值以及对应自变量参数的值；转化驱动模块，该模块将所述模型优化模块得到的自变量参数转化为开关管的驱动信号时序，实现电路控制。8.一种权利要求1或2所述的宽电压增益电池储能型双向直流变换电路的短路保护方法，其特征在于，所述短路保护方法包括：检测双向直流变换电路负载侧的电压值；判断该电压值是否小于短路保护的电压阈值，其中，若小于短路保护的电压阈值，控制所述双向直流变换电路的开关频率等于第一电感和第三电容的谐振频率f
p
，同时检查短路故障是否切除；若不小于短路保护的电压阈值，控制所述双向直流变换电路正常运行；若短路故障已经切除，控制所述双向直流变换电路恢复运行。9.一种权利要求1或2所述的宽电压增益电池储能型双向直流变换电路的参数设计方
法，其特征在于，所述设计方法包括：s1：输入双向直流变换电路的额定传输功率，第一直流母线的电压范围(v
1_min
,v
1_max
),第二直流母线的电压范围(v
2_min
,v
2_max
)，设定开关频率的调节范围(f
min
,f
max
)；s2：选取第一电感l1、第二电感l2和第三电容c3的一组参数，判断第一电感和第三电容的谐振频率f
p
与最大开关频率f
max
的大小；如果满足f
p
>f
max
，进行s3；如果不满足，重新选定一组参数m、k1和k2的值；s3：计算额定功率下第一直流母线电压最小、第二直流母线电压最大时最小电感电流有效值；计算额定功率下第一直流母线电压额定、第二直流母线电压额定时最小电感电流有效值；计算额定功率下第一直流母线电压最大、第二直流母线电压最小时最小电感电流有效值；求解三种工况下电感电流有效值的平均值；进行s4；s4：对比上一次电感电流有效值的平均值最小对应的一组参数；如果该组参数对应的电感电流有效值的平均值更小，用该组参数覆盖上一组参数，进行s5；如果该组参数对应的电感电流有效值的平均值更大，则舍弃该组参数，进行s5；s5：按照最小遍历步长重新选取一组参数，判断是否完成遍历；若参数遍历完成，输出目前最优一组设计参数；若参数遍历还未完成，进行s2。10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求3至6中任一项所述的控制方法或实现权利要求8所述的短路保护方法或实现权利要求9所述的参数设计方法。

技术总结
本发明提供了一种宽电压增益电池储能型双向直流变换电路及方法，所述变换电路包括：第一直流母线、第一电容、第一全桥电路、第一电感、第二直流母线、第二电容、第二全桥电路、第二电感、第三电容以及变压器；第一电容接到第一直流母线上，第一全桥电路的直流侧接到第一直流母线；第二电容接到第二直流母线上，第二全桥电路的直流侧接到第一直流母线；第一电感和第三电容并联连接，再与第二电感串联，再与第一全桥电路两桥臂中点和变压器原边组成一回路；第二全桥电路两桥臂中点和变压器副边相连。本发明还提供了上述电路的控制方法、短路保护方法以及参数设计方法。本发明电路在宽电压范围内均能实现零电压开通，变换器效率更高。高。高。


技术研发人员：吴西奇 李睿
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2021.08.09
技术公布日：2021/11/28