用于新能源发电系统ZVS多端口DC／DC变流器

摘要：提出一种应用于新能源发电系统的多端口双向DC／DC变流器。该变流器由两个有源全桥、一个有源半桥和一个三绕组高频变压器组成。通过调节变压器两侧电压的移相角可实现输入和输出侧的双向能量流动。利用缓冲电容和变压器的漏感实现软开关，并对升压模式下的能量流动和软开关条件进行详细理论分析，改变移相角可以影响软开关的范围。最后通过仿真和实验验证了多端口双向DC／DC变流器的性能。
关键词：变流器；多端口；软开关

1 引言
由于环境和经济原因，新能源已经引起了全球范围的极大关注。目前所使用的新能源包括太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢能和生物能等。由于绝大多数新能源以电能形式产生，因此电能变换技术的创新对于使用新能源时的成本就变得非常关键。
虽然对可再生能源的研究取得了一定进展，但是也存在一些内在问题。其一为间歇性，即可再生能源输出的功率不是恒定的；其二为相对于电力负荷，可再生能源反应比较慢。通常，可再生能源与储能单元结合可增强系统性能或实现附加的功能。
作为一种新颖的电力电子变流器，多端口双向DC／DC变流器越来越多地应用于以燃料电池、太阳能和风能为代表的新能源发电系统。它可以有效地将储能装置、新能源发电设备以及负载结合起来。同时，还可以克服新能源发电系统的内在缺点，具有功率密度高、易实现集中控制和能量管理等优点。尽管多端口变流器越来越多地应用于新能源发电系统、电动汽车、UPS和混合储能系统等，但所提出的多端口变流器的拓扑或多或少具有以下缺点：功率单向流动；无电气隔离；高电流应力；元器件数量多；控制复杂；多个电源不能同时传递功率。

2 稳态分析
为解决上述问题，这里提出一种三端口双向DC／DC变流器。它由低压侧两个有源全桥、高压侧一个有源半桥及一个三绕组高频变压器组成，如图1所示。该变流器具有以下优点：有电气隔离；输入电流纹波小；无需辅助电路实现软开关；电容数量少；低压侧开关应力低；可在多个电源之间单独或同时传递功率；由于变压器的变比高，可以匹配不同电压等级。

低压侧分别连接储能单元，例如蓄电池和超级电容器。变压器的漏感起到储能和能量传递作用。升压模式下变压器两侧理想的电压和电流波形如图2所示。变压器低压侧两个全桥分别产生方波电压ur12(结构A1中)，ur56(结构A2中)，变压器高压侧产生方波电压ur34。通过调节3个开关桥方波电压之间的移相角可以实现并控制双向功率流动。