用于新能源發(fā)電系統(tǒng)ZVS多端口DC／DC變流器

摘要：提出一種應(yīng)用于新能源發(fā)電系統(tǒng)的多端口雙向DC／DC變流器。該變流器由兩個(gè)有源全橋、一個(gè)有源半橋和一個(gè)三繞組高頻變壓器組成。通過調(diào)節(jié)變壓器兩側(cè)電壓的移相角可實(shí)現(xiàn)輸入和輸出側(cè)的雙向能量流動(dòng)。利用緩沖電容和變壓器的漏感實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，并對升壓模式下的能量流動(dòng)和軟開關(guān)條件進(jìn)行詳細(xì)理論分析，改變移相角可以影響軟開關(guān)的范圍。最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了多端口雙向DC／DC變流器的性能。
關(guān)鍵詞：變流器；多端口；軟開關(guān)

1 引言
由于環(huán)境和經(jīng)濟(jì)原因，新能源已經(jīng)引起了全球范圍的極大關(guān)注。目前所使用的新能源包括太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能、氫能和生物能等。由于絕大多數(shù)新能源以電能形式產(chǎn)生，因此電能變換技術(shù)的創(chuàng)新對于使用新能源時(shí)的成本就變得非常關(guān)鍵。
雖然對可再生能源的研究取得了一定進(jìn)展，但是也存在一些內(nèi)在問題。其一為間歇性，即可再生能源輸出的功率不是恒定的；其二為相對于電力負(fù)荷，可再生能源反應(yīng)比較慢。通常，可再生能源與儲(chǔ)能單元結(jié)合可增強(qiáng)系統(tǒng)性能或?qū)崿F(xiàn)附加的功能。
作為一種新穎的電力電子變流器，多端口雙向DC／DC變流器越來越多地應(yīng)用于以燃料電池、太陽能和風(fēng)能為代表的新能源發(fā)電系統(tǒng)。它可以有效地將儲(chǔ)能裝置、新能源發(fā)電設(shè)備以及負(fù)載結(jié)合起來。同時(shí)，還可以克服新能源發(fā)電系統(tǒng)的內(nèi)在缺點(diǎn)，具有功率密度高、易實(shí)現(xiàn)集中控制和能量管理等優(yōu)點(diǎn)。盡管多端口變流器越來越多地應(yīng)用于新能源發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)汽車、UPS和混合儲(chǔ)能系統(tǒng)等，但所提出的多端口變流器的拓?fù)浠蚨嗷蛏倬哂幸韵氯秉c(diǎn)：功率單向流動(dòng)；無電氣隔離；高電流應(yīng)力；元器件數(shù)量多；控制復(fù)雜；多個(gè)電源不能同時(shí)傳遞功率。

2 穩(wěn)態(tài)分析
為解決上述問題，這里提出一種三端口雙向DC／DC變流器。它由低壓側(cè)兩個(gè)有源全橋、高壓側(cè)一個(gè)有源半橋及一個(gè)三繞組高頻變壓器組成，如圖1所示。該變流器具有以下優(yōu)點(diǎn)：有電氣隔離；輸入電流紋波?。粺o需輔助電路實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)；電容數(shù)量少；低壓側(cè)開關(guān)應(yīng)力低；可在多個(gè)電源之間單獨(dú)或同時(shí)傳遞功率；由于變壓器的變比高，可以匹配不同電壓等級。

低壓側(cè)分別連接儲(chǔ)能單元，例如蓄電池和超級電容器。變壓器的漏感起到儲(chǔ)能和能量傳遞作用。升壓模式下變壓器兩側(cè)理想的電壓和電流波形如圖2所示。變壓器低壓側(cè)兩個(gè)全橋分別產(chǎn)生方波電壓ur12(結(jié)構(gòu)A1中)，ur56(結(jié)構(gòu)A2中)，變壓器高壓側(cè)產(chǎn)生方波電壓ur34。通過調(diào)節(jié)3個(gè)開關(guān)橋方波電壓之間的移相角可以實(shí)現(xiàn)并控制雙向功率流動(dòng)。