一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向dc/dc變換器拓?fù)涞闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向DC/DC變換器拓?fù)洌瑢儆趦?chǔ)能技術(shù)和電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)(SCESS-SuperCapacitor Energy Storage System)作為一種實(shí)現(xiàn)能量快速儲(chǔ)存、釋放及功率雙向流動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，相對(duì)于其他儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有較為突出的優(yōu)點(diǎn):儲(chǔ)能效率高、功率密度高、響應(yīng)速度快、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)。該儲(chǔ)能系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、國(guó)防軍工、航空航天等領(lǐng)域，對(duì)平滑、緩沖不穩(wěn)定的電能需求，改善電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存具有十分重要的作用。
[0003]超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)在能量存儲(chǔ)、釋放過(guò)程中超級(jí)電容器儲(chǔ)能單元的端電壓變化范圍較寬，為了滿足負(fù)載需求和提高超級(jí)電容器儲(chǔ)存能量的利用率，超級(jí)電容器儲(chǔ)能單元通常配置功率變換器。超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)在工作過(guò)程中存在能量存儲(chǔ)和釋放兩個(gè)過(guò)程，因此系統(tǒng)配置的功率變換器需采用能夠?qū)崿F(xiàn)功率雙向流動(dòng)的雙向DC/DC變換器。雙向DC/DC變換器主要實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器充放電控制、功率調(diào)節(jié)和控制等功能，以功率雙向流動(dòng)的形式來(lái)滿足負(fù)載需求和提高儲(chǔ)能利用率。
[0004]雙向DC/DC變換器是超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)中功率轉(zhuǎn)換的核心部分。雙向DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同將直接影響超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率，功率變換器合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和良好的電路性能，有利于儲(chǔ)能系統(tǒng)提高儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換效率，減小系統(tǒng)體積、重量，降低系統(tǒng)成本，從而更好地實(shí)現(xiàn)能源的高效綜合利用，能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和能源安全供應(yīng)的保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明根據(jù)超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具體技術(shù)需求，從適應(yīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，提高系統(tǒng)能量利用率、降低系統(tǒng)重量，減少系統(tǒng)體積以及降低經(jīng)濟(jì)成本的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向DC/DC變換器拓?fù)洹?br>[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向DC/DC變換器拓?fù)洌呻p向Buck/Boost DC/DC變換器和雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器串聯(lián)組成級(jí)聯(lián)雙向Buck/Boos-LLC DC/DC變換器。通過(guò)級(jí)聯(lián)雙向Buck/Boos-LLC DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)在能量存儲(chǔ)、釋放過(guò)程中的功率雙向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率和電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，有效提高了超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能效率和系統(tǒng)可靠性，其特征為:該拓?fù)浒ǔ?jí)電容器儲(chǔ)能單元、雙向Buck/Boost DC/DC變換器、由開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)、LLC諧振網(wǎng)絡(luò)以及整流網(wǎng)絡(luò)/開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成的雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器、直流母線電壓端口、電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)及中央處理單元;其中，超級(jí)電容器儲(chǔ)能單元輸出端口 101與雙向Buck/Boost DC/DC變換器左端口 102相連;雙向Buck/Boost DC/DC變換器右端口 103連接開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)左端口 104，開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)右端口 105連接LLC諧振網(wǎng)絡(luò)的左端口 106，LLC諧振網(wǎng)絡(luò)右端口107連接整流網(wǎng)絡(luò)/開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的左端口 108，整流網(wǎng)絡(luò)/開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的右端口 109連接直流母線電壓左端口 1010;直流母線電壓右端口 1l I外接應(yīng)用系統(tǒng)；電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)分別從雙向Buck/Boost DC/DC變換器和由開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)、LLC諧振網(wǎng)絡(luò)以及整流網(wǎng)絡(luò)/開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成的雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器接入，反饋送至中央處理單元，提供的信號(hào)均用于實(shí)時(shí)控制。
[0007]基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向DC/DC變換器中超級(jí)電容器儲(chǔ)能單元的作用是在功率雙向流動(dòng)過(guò)程中完成超級(jí)電容器的充放電，以實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)和釋放;級(jí)聯(lián)雙向Buck/Boos-LLC DC/DC變換器中的雙向Buck/Boost DC/DC變換器主要實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元端口電壓的寬范圍的精確調(diào)節(jié);級(jí)聯(lián)雙向Buck/Boos-LLC DC/DC變換器中的雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)整個(gè)功率變換器在雙向Buck/Boost DC/DC變換器的電壓調(diào)節(jié)下能夠工作在效率最優(yōu)狀態(tài)。同時(shí)中央處理單元還將通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)的電壓電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)級(jí)聯(lián)雙向Buck/Boos-LLC DC/DC變換器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
[0008]本發(fā)明的特點(diǎn)是:在超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)中借鑒開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的最新成果以及雙向DC/DC變換器現(xiàn)在的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將雙向Buck/Boost DC/DC變換器和雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器進(jìn)行了有效級(jí)聯(lián)，構(gòu)成級(jí)聯(lián)雙向Buck/Boost-LLC DC/DC變換器作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向DC/DC變換器，以滿足輸出電壓的精確調(diào)節(jié)以及超級(jí)電容器組充放電后端電壓寬范圍變化的要求，同時(shí)追求系統(tǒng)的高效率和高功率密度。這種方案實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)在于:該變換器的非隔離級(jí)選擇了Buck/Boost DC/DC變換器，而隔離級(jí)選擇了雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器，其中非隔離級(jí)變換器工作效率較高、開(kāi)關(guān)器件少，在整個(gè)系統(tǒng)工作過(guò)程中主要進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，隔離級(jí)變換器在前級(jí)變換器的電壓調(diào)節(jié)下能夠工作在效率最優(yōu)狀態(tài)。系統(tǒng)功率變換器在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，大大降低電路開(kāi)關(guān)損耗，提高變換器的工作效率和功率密度，并且變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于控制實(shí)施。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明所述的基于超級(jí)電容器組儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0010]圖2為本發(fā)明所述的雙向Buck/BoostDC/DC變換器工作在Boost模式下電路拓?fù)鋱D。
[0011]圖3為本發(fā)明所述的雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器正向工作時(shí)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖4為本發(fā)明所述的雙向Buck/BoostDC/DC變換器工作在Buck模式下電路拓?fù)鋱D。
[0013]圖5為本發(fā)明所述的雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器反向工作時(shí)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0014]具體標(biāo)號(hào)如下:
[0015]1.超級(jí)電容器儲(chǔ)能單元
[0016]2.雙向Buck/Boost DC/DC變換器
[0017]3.開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)
[0018]4.LLC諧振網(wǎng)絡(luò)
[0019]5.整流網(wǎng)絡(luò)/開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)
[0020]6.直流母線電壓端口
[0021 ]Csc:超級(jí)電容器組;S1，S2，Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6，Q7，Q8:十個(gè) IGBT 器件；Crl，Cr2:諧振電容;L:儲(chǔ)能電感;Lr:諧振電感;Lm:勵(lì)磁電感。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向DC/DC變換器拓?fù)洌饕獞?yīng)用于超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)中功率雙向流動(dòng)時(shí)功率輸出和電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)，根據(jù)附圖敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0023]實(shí)例一:
[0024]如圖1所示，本發(fā)明的硬件電路【具體實(shí)施方式】如下:
[0025]本發(fā)明的一種基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向DC/DC變換器拓?fù)?，較佳實(shí)施方案包括超級(jí)電容器儲(chǔ)能單元、雙向Buck/Boost DC/DC變換器、由開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)、LLC諧振網(wǎng)絡(luò)以及整流網(wǎng)絡(luò)/開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成的雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器、直流母線電壓端口、應(yīng)用系統(tǒng)、電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)及中央處理單元;其中，超級(jí)電容器儲(chǔ)能單元輸出端口 1l與雙向Buck/Boost DC/DC變換器左端口 102相連;雙向Buck/Boost DC/DC變換器右端口 103連接開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)左端口 104，開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)右端口 105連接LLC諧振網(wǎng)絡(luò)的左端口106，LLC諧振網(wǎng)絡(luò)右端口 107連接整流網(wǎng)絡(luò)/開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的左端口 108，整流網(wǎng)絡(luò)/開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的右端口 109連接直流母線電壓端口左端口 1010;直流母線電壓端口右端口 1011外接應(yīng)用系統(tǒng)；電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)分別從雙向Buck/Boost DC/DC變換器和由開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)/整流網(wǎng)絡(luò)、LLC諧振網(wǎng)絡(luò)以及整流網(wǎng)絡(luò)/開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成的雙向全橋LLC諧振DC/DC變換器接入，反