一种应用于储能系统的两级式直流变换器拓扑与设计
双向DCDC变换器的研究
双向DCDC变换器的研究一、本文概述随着能源科技的不断进步和可再生能源的日益普及，电力电子技术在能源转换和管理中发挥着越来越重要的作用。
双向DC-DC变换器作为一种重要的电力电子设备，具有在宽范围内调节电压、实现能量的双向流动以及高效率的能量转换等特点，因此在电动汽车、储能系统、微电网等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在对双向DC-DC变换器进行深入研究，分析其工作原理、拓扑结构、控制策略以及优化方法，以期为该领域的发展提供理论支持和实践指导。
本文将介绍双向DC-DC变换器的基本概念和分类，阐述其在不同应用场景中的重要作用。
接着，将重点分析几种典型的双向DC-DC变换器拓扑结构，包括其工作原理、性能特点以及适用场景。
在此基础上，本文将探讨双向DC-DC变换器的控制策略，包括传统的控制方法和现代的控制算法，分析各自的优缺点，并提出改进和优化方法。
本文还将关注双向DC-DC变换器的效率优化问题，研究如何通过降低损耗、提高转换效率来实现更高效的能量转换。
还将探讨双向DC-DC 变换器在实际应用中面临的挑战和问题，如电磁干扰、热管理、可靠性等，并提出相应的解决方案。
本文将总结双向DC-DC变换器的研究现状和发展趋势，展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，期望能够为双向DC-DC变换器的设计、优化和应用提供有益的参考和启示。
二、双向DCDC变换器的基本原理与结构双向DC-DC变换器，又称为双向直流转换器或可逆DC-DC变换器，是一种特殊的电力电子装置，它能够在两个方向上进行电压和电流的转换。
这种转换器不仅可以像传统的DC-DC变换器那样将一个直流电压转换为另一个直流电压，而且还可以在两个方向上进行这种转换，即既可以实现升压也可以实现降压。
双向DC-DC变换器的基本原理基于电力电子转换技术，主要利用开关管和相应的控制策略，实现电源和负载之间的能量转换。
其核心部分包括开关管、滤波器、变压器以及相应的控制电路。
蓄电池储能双向DCDC变换器研究
蓄电池储能双向DCDC变换器研究一、摘要随着能源危机和环境污染问题日益凸显,储能技术成为现代电力系统研究和应用的热点。
蓄电池储能双向DCDC变换器作为一种高效、环保的储能装置，在太阳能、风能等分布式能源系统中具有广泛的应用前景。
本文首先介绍了蓄电池储能双向DCDC变换器的基本原理和优势, 接着分析了其工作特点及存在的问题。
在此基础上, 文章提出了一种改进的蓄电池储能双向DCDC变换器设计，并对其性能进行了优化。
通过仿真和实验验证了改进后的变换器在提高功率密度、降低开关频率和减小电磁干扰等方面的优势。
1.背景与意义研究背景：随着可再生能源的快速发展，对于储能技术的要求也越来越高。
传统的单向直流变换器已经难以满足电网的需求，因此需要开发一种能够实现能量双向流动的新型变换器。
分布式发电、微电网等新型电力系统的兴起也为双向直流变换器的应用提供了广阔的市场前景。
研究意义：蓄电池储能双向直流变换器的研发对于提高可再生能源的利用率、保障电网稳定运行具有重要意义。
它可以提高可再生能源的渗透率，促进新能源产业的发展；它可以增强电网的稳定性和可靠性，降低弃风、弃光等现象的发生；它可以推动新能源汽车等新兴产业的发展，为经济增长注入新的动力。
蓄电池储能双向直流变换器的研究具有重要的理论价值和实际意义。
本文将从多个方面展开研究，以期为新能源领域的发展提供有力支持。
本文将详细介绍蓄电池储能双向直流变换器的技术原理、关键技术及优化策略等方面的内容。
2.研究内容与方法蓄电池储能双向DCDC变换器（Battery Energy Storage Brushless DCDC Converter, BESS DCDC Converter）是一种将电能转换为化学能并存储在电池中，再将化学能转换为电能使用的重要装置。
由于其在可再生能源领域的广泛应用以及在电动汽车、智能电网等方面的巨大潜力，对其研究与开发显得尤为重要。
BESS DCDC变换器的研究内容主要包括：高性能、低成本、长寿命、高可靠性以及安全的充电和放电技术等方面。
双级式储能变流器装置研制
双级式储能变流器装置研制近年来，随着可再生能源的快速发展和广泛应用，储能技术成为解决能源供应和能源消纳的重要手段。
而储能变流器作为储能系统的核心装置之一，对于提高储能效率和稳定性具有关键作用。
为此，研制一种高效、可靠的双级式储能变流器装置成为了当今科研领域的热点之一。
双级式储能变流器装置是一种将传统的单级变流器拓展为两级结构的变流器装置。
它由两个级联的变流器组成，其中第一级变流器用于将电能从储能设备转换为直流电能，第二级变流器则将直流电能转换为交流电能供电网使用。
相比于传统的单级变流器装置，双级式储能变流器装置具有更高的效率和更好的稳定性。
为了解决双级式储能变流器装置中的关键问题，研究人员们进行了大量的实验和理论研究。
首先，他们对双级式储能变流器的拓扑结构进行了优化设计，以提高其转换效率和减小功率损耗。
其次，他们研发了一种新型的控制算法，以实现双级式储能变流器的高效运行和快速响应。
此外，研究人员还对关键元器件进行了优化选择，以提高装置的可靠性和寿命。
经过多年的努力，研究人员们终于成功地研制出了一种高效、可靠的双级式储能变流器装置。
该装置在实际应用中取得了良好的效果，具有较高的转换效率和稳定性。
同时，该装置还具备较高的适应性，可以适用于不同类型的储能设备和电力系统。
未来，双级式储能变流器装置将在能源储存和能源转换领域发挥重要作用。
它可以广泛应用于可再生能源发电、电动车充电等领域，提高能源利用效率，减少对传统能源的依赖。
此外，双级式储能变流器装置还可以为电力系统提供更好的稳定性和可靠性，提高电能质量和供电可靠性。
总之，双级式储能变流器装置的研制是当前能源领域的重要课题之一。
通过优化设计、控制算法和元器件选择等方面的研究，研究人员们成功地研制出了一种高效、可靠的装置。
未来，双级式储能变流器装置将在能源转换和储存方面发挥重要作用，促进可再生能源的大规模应用和推广。
超级电容储能系统的变换器拓扑结构研究
超级电容储能系统的变换器拓扑结构研究王磊【摘要】超级电容储能系统对输出电压要实现精确调节,同时在充放电过程中其端电压的变化范围要尽量宽.为满足以上要求,本文提出了一种双向级联的变换器拓扑结构,并通过理论计算和仿真分析,对系统效率进行了对比,结果表明这一拓扑结构能够在全负载范围内实现软开关,降低了开关损耗,提高了超级电容储能系统的工作效率和功率密度,实验结果也验证了这一拓扑结构的可行性.%A novel converter is proposed to meet the requirement of the precise adjustment on the output voltage of super capacitor energy storage system and the change of the terminal voltage wide range during the charging and discharging process of the super capacitor units.System efficiency is analyzed through the simulation analysis and calculation.The results show that this kind of topological structure can realize soft switching in full load range.It can substantially reduce the switching loss and improve the working efficiency and power density of the energy storage system.The experimental results verify the feasibility of the topology.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)008【总页数】5页(P129-133)【关键词】超级电容;储能系统;变换器;拓扑【作者】王磊【作者单位】安康学院电子与信息工程学院,陕西安康 725099【正文语种】中文【中图分类】TN34超级电容储能系统可以对能量进行快速存储与释放，维持功率的双向流动，比其他的储能设备，具有更高的储能效率、更高的功率密度、更快的响应速度、更长的使用寿命。
带储能装置的双向逆变器研究与设计
带储能装置的双向逆变器研究与设计杜志豪;王中鲜;李桂英;魏永庚【摘要】带储能装置的双向逆变器具有并网稳定、可实现能量双向流动的优点,在光伏发电系统能量传输中起着关键的作用.采用软硬件相结合的方法,分别设计了双向逆变装置系统硬件电路、软件程序,并测试了实际硬件系统,具有储能和逆变两种工作模式,用于实现储能装置能量与电网能量的互补双向流动.系统硬件电路设计主要包括双向Buck-Boost主电路和PC923驱动电路设计及参数计算选型、双向单相全桥逆变主电路和IR2110驱动电路设计及参数计算选型、STM32控制电路设计.系统软件程序设计主要包括主程序、PWM生成、SPWM生成、电压采集、按键扫描等子程序.通过搭建测试硬件系统,验证设计的双向逆变器满足任务要求.【期刊名称】《黑龙江大学工程学报》【年(卷),期】2017(008)003【总页数】7页(P90-96)【关键词】储能装置;双向逆变器;双向斩波器;STM32;SPWM【作者】杜志豪;王中鲜;李桂英;魏永庚【作者单位】黑龙江大学机电工程学院, 哈尔滨 150080;黑龙江大学机电工程学院, 哈尔滨 150080;黑龙江大学机电工程学院, 哈尔滨 150080;黑龙江大学机电工程学院, 哈尔滨 150080【正文语种】中文【中图分类】TK82光伏发电作为一种清洁能源在国内越来越多的人选择在自家的屋顶或庭院安装光伏发电设备，在电能方面自给自足的同时也能产生经济效益，然而传统光伏发电系统的结构不适用于这种分布式发电。
随之而来，研究者将目光集中在光伏逆变器方面[1]，常见的光伏逆变器具有电能传输效率高的优点[2]，当光伏能量充足时，可将多余电能并入电网；如果逆变器可以双向流动，则当蓄电池或者光伏能量不足时，可将电网电能向本地负载或者蓄电池供电。
带储能装置的双向逆变器具有并网电压稳定、可实现能量双向流动的优点，既可实现储能过程，也可以实现逆变过程，一套设备实现两种功能，减少了电路中元器件的使用数量，使得系统的可维护性更好，同时也节省了空间及成本。
储能逆变器应用拓扑
储能逆变器应用拓扑
储能逆变器是一种非常常用的技术，它能够将储能设备中的能量转换成可用的电能，并且能够对接到电网中。
储能逆变器由交流/直流变换器、整流电路、滤波电路、控制系统以及保护系统组成。
储能逆变器的应用拓扑可以分为两种：
一种是单端拓扑，即直接连接到电网的拓扑。
该拓扑的特点是结构简单，只需要一个储能逆变器便可连接到电网，控制容易，但运行要求高，系统可靠性也没有双端拓扑高。
另一种是双端拓扑，也称工业拓扑，是把储能逆变器与电网同时连接在一起，形成全球配电系统，也就是储能和电网采用同一设备，这样可以灵活地实现储能系统的供电和调度。
其优点是控制和调整方便，系统的可靠性也比单端拓扑更高，例如大型风电储能系统。
总之，储能逆变器的应用受到很多因素的影响，其应用拓扑有双端系统和单端系统，双端拓扑能够实现更加灵活和高效的能源转换，而单端拓扑则结构更为简单，更易于控制和实现。
储能 变换 拓扑
储能变换拓扑
1.单相和三相变换拓扑：这是最基本的拓扑结构，包括单相
全桥、三相全桥、单相半桥、三相半桥等。
这些拓扑通过开关元件的组合和控制，实现能量的双向流动和电压、电流的调节。
2.双向DC/DC变换器：用于实现电池储能系统的高效充放电
控制。
其拓扑结构主要包括Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta 等。
通过调节开关元件的通断，实现电池的快速充电和放电，同时保证系统的稳定性和效率。
3.多电平变换拓扑：多电平变换拓扑具有高电压输出、低开
关频率、低EMI和低损耗等优点。
常见的多电平变换拓扑包括NPC、Cuk和Flying Cap等。
它们通过多个开关元件的组合，实现多电平输出，提高系统的稳定性和效率。
4.模块化组合式变换拓扑：为了适应大规模储能系统的需求，
模块化组合式变换拓扑成为一种趋势。
这种拓扑将多个变换器模块进行组合，实现能量的分布式管理和并联运行。
常见的模块化组合式变换拓扑包括矩阵式变换器和分布式DC/DC变换器等。
双向DCDC变换器研究毕业设计
1.3 双向 DC/DC 变换器的现状和发展
1.3.1双向直流变换器的现状
20世纪80年代初，为减轻人造卫星太阳能电源系统的体积和重量，美国学者提出用Buck/Boost型双向DC/DC变换器代替蓄电池充电器和放电器。此后人们对人造卫星用蓄电池调节器进行了深入研究，并使之进入了实用阶段。
双向直流变换器按开关转换条件，也可分为硬开关和软开关两类。
桥式直流变换器有两类：一类是由双电压源型桥式直流变换器构成，主变压器两侧电路结构对称；一类是由电压源型桥式直流变换器和电流源型桥式直流变换器构成。这两种桥式变换器均可具有软开关特性。控制方式有两种：①变压器两侧开关管相移控制, 变压器有等效电感，通过控制两侧变换单元之间的相位关系来调节两个电源之间的能量传输大小和方向；②只对变压器一侧开关管进行控制，来调节向另一侧传递能量的大小，另一侧开关管用其反并联二极管整流，工作原理类似单向直流变换器。
This paper first introduces the concept of bi-directional DC / DC converter applications, as well as the status quo, and on this basis, the advantages and disadvantages of the voltage of a current bi-directional full-bridge DC / DC converter;Buck mode, the high pressure side switch tube drive signals, the low pressure side of the switch drive signal blockade, the only power switch body diode rectifier;The circuit for voltage full-bridge structure.Boost mode, the low voltage side switching possession of the drive signal, the high pressure side of the switch drive signal blockade, only the power switch body diode rectifier; the circuit for current-mode full-bridge structure.
双向dcdc拓扑结构
双向dcdc拓扑结构（最新版）目录1.双向 dcdc 拓扑结构的概述2.双向 dcdc 拓扑结构的工作原理3.双向 dcdc 拓扑结构的应用场景4.双向 dcdc 拓扑结构的优缺点5.双向 dcdc 拓扑结构的发展前景正文一、双向 dcdc 拓扑结构的概述双向 dcdc 拓扑结构，全称为双馈直流 - 直流变换器拓扑结构，是一种在电力电子领域广泛应用的变换器拓扑结构。
该结构主要由两个直流- 直流变换器组成，通过双向电力电子开关实现两个变换器之间的双向能量流动。
二、双向 dcdc 拓扑结构的工作原理双向 dcdc 拓扑结构主要由两个直流 - 直流变换器组成，分别为正向变换器和反向变换器。
正向变换器将输入电压转换为正向输出电压，反向变换器将输入电压转换为反向输出电压。
通过控制两个变换器的开关，可以实现能量的双向流动。
三、双向 dcdc 拓扑结构的应用场景双向 dcdc 拓扑结构在电力电子领域具有广泛的应用，如分布式发电系统、储能系统、电动汽车充电系统等。
在这些应用中，双向 dcdc 拓扑结构可以实现直流电压的双向调节和能量管理，提高系统的整体效率和稳定性。
四、双向 dcdc 拓扑结构的优缺点双向 dcdc 拓扑结构具有以下优点：1.能实现直流电压的双向调节，满足不同应用场景的需求；2.系统效率高，损耗小；3.结构简单，易于实现和控制。
然而，双向 dcdc 拓扑结构也存在一些缺点：1.系统存在两个变换器，成本相对较高；2.控制策略较为复杂，需要考虑两个变换器之间的协同控制。
五、双向 dcdc 拓扑结构的发展前景随着电力电子技术的不断发展，双向 dcdc 拓扑结构在分布式发电、储能系统等领域的应用将越来越广泛。
超级电容储能系统中双向DC-DC变换器控制策略研究
超级电容储能系统中双向DC-DC变换器控制策略研究曹成琦;王欣;秦斌;张凯;梁枫【摘要】城市轨道交通站间距较短、运行密度大,列车需要频繁的启动和制动,列车在启动时需要大量能量,导致直流牵引网电压下降;列车在再生制动时产生大量能量,导致直流牵引网电压升高,严重时还会使再生制动失效.针对这一问题,提出将双向DC-DC变换器应用于超级电容储能系统中,并设计了电压外环、电流内环的双PI 控制策略.利用Matlab/Simulink搭建了双向DC-DC变换器和超级电容储能系统的仿真模型,分析了双向DC-DC变换器在Buck模式、Boost模式下的运行情况以及电压外环、电流内环的双PI控制策略的控制效果.仿真结果验证了双向DC-DC 变换器能够实现能量的双向传输和控制策略的有效性.【期刊名称】《湖南工业大学学报》【年(卷),期】2016(030)006【总页数】5页(P18-22)【关键词】超级电容储能系统;双向DC-DC变换器;电压外环、电流内环的双PI控制策略;再生制动【作者】曹成琦;王欣;秦斌;张凯;梁枫【作者单位】湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007【正文语种】中文【中图分类】TM46当前不可再生能源越来越紧张，开发新能源和节约能源是解决能源问题的根本途径。
超级电容作为一种新型的储能元器件，在列车上得到了广泛的应用。
如图1所示为超级电容储能系统的控制框图，超级电容储能系统由超级电容组和双向DC-DC 变换器构成。
超级电容储能系统在列车再生制动时，储存再生制动产生的能量，防止直流牵引网电压过高；在列车启动或者加速时，释放储存的能量补偿下降的直流牵引网电压，这样能够极大地节约能量[1]。
双向储能系统DCDC变换器设计
双向储能系统DC/DC变换器设计本报告设计了双向储能系统DC-DC变换器，并基于计算机仿真PSCAD软件进行了仿真，器变换器拓扑如图1(a)所示，其中左侧为低压侧，接储能电池，右侧为高压侧，接负载与分布式电源，变换器电感为5mH，高压侧稳压电容为3000M f开关频率为6000Hz。
变换器控制策略采用双闭环定电压控制，外环为电压环，内环为电流环，从而起到稳定高压侧电压的作用，如图1(b)所示。
图1(a)变换器拓扑图1(b)变换器控制策略1低压侧：V dc 35-50V；电流纹波＜3% (满载充电工况下)由于锂离子电池电压会随着SOC波动，其波动范围为35-50V，因此首先需要对锂离子电池进行建模。
查阅文献可知，可使用单变量函数描述锂离子电池SOC与电池端电压之间的关系。
由于当SOC为0时，电池端电压为35V；当SOC为1时，电池端电压为50V，因此利用典型的单变量函数可以得到本文中锂离子电池的数学模型，即u t = 10.345(-1.031ef SOC + 3.685 + 0.2156SOC—0.1178SOC2 + 0.3201SOC3) + 7.544 (1)根据模型可以得到PSCAD锂离子电池模型如图2所示。
仿真可得其SOC-电压特性曲线如图3所示。
其中u in 为低压侧输入电压，u out 为高压侧输出电压，T 为开关周期，L 为电感满载时电 流最大值为因此有 u in (u out - u in )T < 28.57 X 0.03 = 0.8571A 2u L out 由(2)可知当u in 最小时，电流纹波有最大值，u in =35V 代入可得L > 0,0031 H因此L 取5mH 可以满足要求，其电流纹波的仿真波形如图4所示，可以看出电流纹波 不到0.7A ，满足要求。
u dT—in ------2L Uu (1 — —in-)T in u ------------------- out ------- 2L u (u .- u ) T in out in 一 T 2u L (2) 1000W = 28.57A max 35V (3)(4)(5) 611而雷、-蝎--a -Width 图3锂离子电池SOC-电压特性曲线由按秒特性原理，可知电流纹波与高低压侧电压及电感有关，可以得到稳态下的电感电 流纹波为图2 PSCAD 锂离子电池模型Nain . X¥ PintG.MG -R —।--------------&.00 0.20Y cac-mnaie川ntn 网》Aperture 4fl.C'COs 1.137a Positicn O.C'OQC.3&CC.U4C'CJSCCJZCC.U1C图4电感电流纹波2高压侧：V d c400V；电压纹波＜2%（满在放电工况下）直流母线电容有滤波和稳压功能，根据参考文献中实际工程的经验值，取稳压电容为1000〃f其高压侧稳压电容纹波如图5所示，可以看出母线电压纹波约为0.15V,占比约为0.0375%，完全满足要求。
双向DC—DC变换器的拓扑研究
双向DC—DC变换器的拓扑研究双向DC-DC变换器在新能源分布式发电系统、固态变压器、新能源汽车等领域中有着广泛的应用前景。
基于LLC电路的双向DC-DC变换器是一种高效的拓扑，拥有较宽的输入范围和软开关、效率高等优点。
基于双向DC-DC变换器，文章对目前广泛研究的三种拓扑结构进行了简要介绍、并最终以双向全桥LLC 谐振变换器作为研究对象，并对其工作原理和基波情况进行了分析研究。
标签：双向DC-DC变换器；双向全桥LLC谐振变换器；基波引言为了实现可持续发展，减少能源开发对环境的影响，新能源发电是一大趋势。
随着国家政策的导向，新能源产业的大力發展，电力电子技术与电网的联系越来越紧密，其将在新能源领域扮演重要角色。
其中直-直变换在各个领域得到了广泛的应用，而近些年来，能控制电能双向流动的双向DC-DC变化器越来越受到重视。
由于光伏和风能这些自然能源的产生具有不确定性、间歇性等特点，对发电系统的稳定性、可靠性影响较大。
为解决此问题，需要通过储能系统来向电网并网。
储能系统要求能控制能量双向流动，而双向DC-DC变换器是该设备中保证电能双向传递的关键部分。
1 双向DC-DC变换器的拓扑当今双向DC-DC变换技术的主要研究方向是能够实现电流可以在开关管中进行正向和反向的流动，能够尽可能的利用开关管，使得电路的更加简单，采用的拓扑开关管能够实现软开关，降低开关管的损耗。
符合以上要求，且现今被广泛研究的双向DC-DC拓扑结构有如下几种：1.1 双有源桥谐振变换器（DAB）该拓扑结构由于结构简单、软开关范围大、效率高等特点，在一些大功率场合得到了广泛的研究应用[1]，其拓扑结构如图1所示。
这种拓扑虽能实现双向的能量流动，但在实际应用中却受到限制，由于其较高的能量环流和较大的关断电流导致了产生过大的开关损耗，效率极大降低。
1.2 双桥式串联谐振变换器（DBSRC）图2所示是双桥式串联谐振电路的拓扑结构。
在其变压器的副边把串联谐振变换器的二极管换成是MOSFET或者IGBT，改变以后使得能量能够进行双向的流动。
双向储能系统DCDC变换器设计
双向储能系统DCDC变换器设计
在双向储能系统中，DCDC变换器需要实现两个基本功能：能量的存
储和释放。
它能够将来自能源源（如太阳能、风能等）的直流电能转化为
储能元件所需要的电压和电流，并且在需要释放能量时，将储能元件所存
储的电能转化为适合负载需要的电压和电流。
在设计双向DCDC变换器时，需要考虑以下几个关键因素：
1.拓扑结构选择：
双向DCDC变换器的常见拓扑结构包括正激变换器、反激变换器和全
桥变换器等。
选择合适的拓扑结构需要考虑转换效率、成本、体积等因素。
2.控制策略设计：
控制策略是双向DCDC变换器的关键。
常见的控制策略包括恒功率控制、恒压控制和恒流控制等。
控制策略需要根据不同的应用场景选择，并
结合闭环反馈进行实现。
3.能量传输效率：
双向DCDC变换器在能量传输过程中会有一定的能量损耗，因此需要
考虑如何提高能量传输效率。
常见的提高效率的方法包括增加PWM频率、
合理选择功率管件、优化电感和电容的参数等。
4.电流和电压控制：
双向DCDC变换器需要实现电流和电压的双向控制。
在电池充放电时，需要根据电池的电流和电压特性进行控制，以实现最佳的充电和放电效果。
基于LLC谐振变换器的双向DCDC变换器
电力电子技术Power Electronics 第54卷第7期2020年7月Vol.54, No.7July 2020基于LLC 谐振变换器的双向DC/DC 变换器刘亚，王勇，余炭（上海交通大学，电气工程系，上海200240）摘要：在储能系统中，谐振型双向DC/DC 变换器因为其优异的特性而得到广泛应用。
提出一种基于LLC 谐振 型双向直流变换器，不仅具有LLC 变换器高效率等优点，而且具有能量双向传输的能力。
在电路中增加一个辅助电感，实现变换器在正向工作与反向工作时拓扑完全相同。
变换器结构简单，无需任何辅助缓冲电路便能 实现软开关，适合储能系统中能量双向流动的场合。
在釆用时域分析与基波分析对变换器的电压增益与软开关条件进行分析的基础上，对变换器的参数进行优化设计。
搭建一台5 kW 的实验样机，实验验证了变换器结构与设计方法的可行性以及运行效率的优越性。
关键词：变换器；辅助电感；能量双向流动中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号:1000-100X （2020）07-0100-03Bidirectional DC/DC Converter Based on LLC Resonant ConverterLIU Ya, WANG Yong, SHE Yan(Shanghai Jiao Tong University , Shanghai 200240, China)Abstract : Bidirectional resonant converters with outstanding performances are widely applied in the storage systems. According to the LLC resonant converter , a bidirectional DC/DC converter is proposed which not only has advantagesin achieving high efficiency but also ability to transmit energy bidirectionally .An auxiliary inductor added in the con verter achieves the converter to have the same topology in both forward and reverse operation.The converter has asimple structure and can realize soft switching without any auxiliary buffer circuit and is suitable for the occasion ofenergy bidirectional flow in the energy storage system.Based on the analysis of the voltage gain and soft switching conditions of the converter by time domain analysis and fundamental analysis , the parameters of the converter are op ・ timized.A 5 kW experimental prototype is built to verify the feasibility of the converter structure and design method and the superiority of operating efficiency.Keywords : converter ； auxiliary inductor ； energy bidirectional flow1引言LLC 谐振型变换器具有自然的软开关特性，无需任何辅助电路，在全负载范围内实现初级开关 管的零电压开通，但LLC 谐振变换器只能使能量单向流动。
一种双向的储能逆变器拓扑结构[实用新型专利]
![一种双向的储能逆变器拓扑结构[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/75ee56f0a8114431b80dd8c8.png)
专利名称：一种双向的储能逆变器拓扑结构专利类型：实用新型专利
发明人：方刚
申请号：CN201220516313.9
申请日：20121010
公开号：CN202872689U
公开日：
20130410
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种双向的储能逆变器拓扑结构，包括直流直流交换部分、直流交流交换部分和滤波部分，所述直流直流交换部分与第一电源、第二电源和第一电容连接，所述第一电容接地，直流直流交换部分还与直流交流交换部分连接，所述直流交流交换部分与滤波部分连接，所述滤波部分与输出端连接。
本实用新型通过增加或变更器件改变二极管所处路径的单向导通特点，即可进行能量的双向流动，同时采用两路及以上直流输入方式，实现对能量的灵活存储。
申请人：江苏固德威电源科技有限公司
地址：215000 江苏省苏州市高新技术产业开发区昆仑山路189号
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：曹毅
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双向DCDC变换器设计
用于锂电池化成系统的桥式DC/DC变换器 (2)1引言 (3)2 双向H桥DC/DC变换器拓扑分析 (4)2.1 双向DC/DC变换器 (4)2.2 双向H桥DC/DC变换器结构分析 (4)2.2 双向H桥DC/DC变换器工作状态分析 (5)2.2.1 正向工作状态模型分析 (5)2.2.2 反向工作状态模型分析 (8)3 硬件电路分析设计 (11)3.1 器件参数选择分析 (11)3.1.1 主开关管的选择 (11)3.1.2 滤波电感参数的计算 (11)3.2 硬件电路分析设计 (12)3.2.1 驱动电路分析设计 (12)4 系统结构与控制 (18)4.1 系统结构 (18)4.2 控制系统结构 (18)4.3 DC/DC变换器控制方法 (19)4.3.1 电压控制模式 (20)4.3.2 电流控制模式 (20)4.4 软件设计 (21)5 实验调试与结果分析 (22)5.1 实验平台搭建 (22)5.2 样机调试 (23)5.2.1 供电电源调试 (23)5.2.2 驱动信号调试 (24)5.2.3 单片机程序，VB工程调试 (25)5.2.4 保护与采样电路测试 (25)5.2.4 开环、闭环测试 (28)5.3 小结 (30)6 总结 (31)7 辞 (32)参考文献 (33)用于锂电池化成系统的桥式DC/DC变换器摘要：随着锂电池在生活中各个方面的广泛普及，锂电池在生产过程中重要的化成环节逐渐成为关注的焦点。
本文主要设计介绍了使用于锂电池化成系统的桥式变换器部分，包含计算机监控、DC/DC双向变换器。
双向DC/DC变换器通过调节MOSFET的占空比，实现对锂电池的智能充放电。
本文对双向DC/DC变换器的工作原理进行了分析，并通过样机对预期功能进行验证。
关键字：电池化成；双向DC/DC变换器；实验分析Abstract：As the lithium battery becomes more and more popular in every aspects of our life, battery formation, a critical process in battery production, draws plenty of attention. This paper introduces a full bridge converter, which used in a formation energy feedback system of lithium battery, including a PC monitor and a DC/DC bi-directional converter. The bi-directional DC/DC converter system can realize the intelligent charging and discharging of the lithium batteries by adjusting the duty ratio of MOSFET. The working principle of DC/DC bi-converter was analyzed, and the experimental prototype function was validated through experiments.Keywords: battery formation; DC/DC bi-directional converter; experimental analysis1引言进如21世纪以来，随着环境问题、能源问题与社会发展问题的矛盾日益突出，发展节能减排的绿色经济以成为全社会关注的焦点。
大容量储能系统三电平双向DC／DC变换器的研制与仿真
大容量储能系统三电平双向DC／DC变换器的研制与仿真杨晓辉;程红;于庆广【摘要】A new type of three-level bi-directional DC/DC converter for large energy system was present in this paper,which was composed of high-frequency isolation dual half-bridge three-level structure.This structure can withstand a large voltage.It described the working principles and total device rating of the converter,ana-lyzed the operating characteristics of the converter under the strategy of single phase-shift and also designed a closed-loop control system.It focused on the power flow characteristics and soft switching conditions .The simulation results show that the converter has the following characteristics.It is small of the switch voltage stress,so the converter applies to the high voltage high power occasion.Switch to work in high-frequency soft switching conditions,high power density.Switch tubes work under the condition of high frequency soft switch .The power density is improved.The output voltage is in the condition of zero steady error.The converter can meet the large storage system operating requirements.%设计了一种适用于大容量储能系统的三电平双向DC/DC 变换器，其拓扑采用可承受大电压的高频隔离双半桥三电平结构。
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相控制,通过控制桥间移相角来控制功率的双向流 动[4] ,但是 DAB 变换器工作在电压不匹配状态时容 易失去软开关特性,造成较大的开关管电流应力,增 加开关管的开关损耗,并且在 DAB 变换器重载时, 尤其在低压侧会存在较大的回流功率,增加了开关 管的导通损耗。 目前针对 DAB 变换器的研究主要 集中在减少开关管的电流应力,减少回流功率,拓宽 软开关范围等方面,在文献[5-7] 中分别针对回流 功率和软开关范围等优化目标提出了改进的多重移 相控制方法,但是控制方法较为复杂,难以获得实际 应用。 CLLLC 谐振型直流变换器作为近年来受到 广泛关注的一种谐振型拓扑,具有双向运行特性一 致,开关 损 耗 小, 回 流 功 率 小, 功 率 密 度 高 的 优 点[8] ,文献[ 9,10] 对 CLLLC 谐振型直流变换器的 参数设计和变频控制方法进行了研究, 但是由于 CLLLC 谐振型直流变换器的电压增益特性与负载 有关,应用于宽范围调压时存在频率变化范围宽,谐 振腔参数设计困难的问题,并且谐振腔中含有较多
2 两级式直流变换器拓扑与Fra bibliotek数设计2. 1 CLLC 谐振型直流变换器拓扑与参数设计 文献[11] 中提出的 CLLLC 谐振型直流变换器
拓扑结构如图 1 所示,VDC 为高压直流母线电压;RL 为低压侧等效负载电阻;C1 和 C2 分别为谐振腔高 压侧和低压侧的谐振电容;L1 和 L2 分别为谐振腔高 压侧和低压的谐振电感;Lm 为高频变压器的励磁电 感;n 为高频变压器的变比;i1 和 i2 分别为高频变压 器原边和副边的谐振腔谐振电流。
DOI: 10. 12067 / ATEEE1811038 文章编号: 1003-3076(2019)08-0010-09 中图分类号: TM910. 6
1 引言
近年来,随着新能源发电的快速发展,新能源发 电弃电问题逐渐显现,造成了资源的大量浪费,而储 能技术则被认为是解决该问题的有效途径。 常见的 储能技术通常可分为物理储能、电磁储能和电化学 储能方式等,各种储能方式在容量和功率密度方面 有着明显的 差 别, 各 有 优 缺 点, 适 用 场 合 也 各 不 相 同[1-3] ,但是储能系统普遍具有功率双向流动、工作 电压范围宽的特点;另外,储能系统通常通过双向直 流变换器接口接入电压等级较高的直流母线,以满 足并入交流电网的要求,因此为储能系统配备的双 向直流变换器接口需要具有功率双向流动、宽电压 调节范围、高电压变比的特点,并且应具备电气隔离 功能,保障储能系统的安全。
(1. 上海电力大学电气工程学院, 上海 200090; 2. 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室, 清华大学, 北京 100084;
3. 北京低碳清洁能源研究所, 北京 102211)
摘要: 针对储能系统功率双向流动和宽工作电压范围的特点设计了一种 CLLC 谐振型直流变换器 级联交错 Buck / Boost 变换器的两级式直流变换器。 首先,给出了两级式直流变换器的参数设计方 法,基于电路的等效变换可以将 CLLLC 谐振腔简化为 CLLC 谐振腔,从而减少磁性元件数目,有利 于磁性元件的集成。 然后,介绍了两级式直流变换器的控制方法,并通过仿真验证了两级式直流变 换器的工作原理和控制方法的正确性。 最后,通过一台 1kW 的两级式直流变换器和 DAB 变换器 的实验结果对比表明,设计的两级式直流变换器能够在宽工作电压范围内保持较高的运行效率,最 高运行效率接近 96%,重载效率明显高于传统的 DAB 变换器,更适合作为储能系统的双向直流变 换器接口。 关键词: 储能系统; CLLC 谐振型直流变换器; 两级式直流变换器
第 38 卷 第 8 期 2019 年 8 月
电工电能新技术 Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy
Vol.38, No.8 Aug. 2019
一种应用于储能系统的两级式直流变换器拓扑与设计
孔 玮1, 屈克庆1, 孙 凯2, 林 翔2, 牟树君3, 周 友3
收稿日期: 2018-11-23 基金项目: 国家重点研发计划项目(2016YFE0102600) 作者简介: 孔 玮(1992-) , 男, 山东籍, 硕士研究生, 研究方向为储能系统中的电力电子变换器;
屈克庆(1970-) , 男, 河南籍, 副教授, 研究方向为新能源发电系统中的电力电子变换器。
孔 玮,屈克庆,孙 凯,等. 一种应用于储能系统的两级式直流变换器拓扑与设计[ J] . 电工电能新技术, 2019,38(8) :10-18.
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的磁性元件,不利于磁性元件的集成和变换器功率 密度的提高。
鉴于以上隔离型双向直流变换器存在的问题, 本文提出了一种 CLLC 谐振型直流变换器与交错 Buck / Boost 变换器级联的两级式直流变换器结构, CLLC 谐振型直流变换器的谐振腔参数是基于电路 等效变换原理, 由 CLLLC 谐振腔参数等效变换而 来,减少了谐振腔中的磁性元件数目,更有利于减少 磁性元件的损耗和磁集成。 交错 Buck / Boost 变换 器可以在相同的电感电流纹波要求下采用较低的开 关频率,减少开关损耗,同时也能减少导通损耗。 两 级式直流变换器中的 CLLC 谐振型直流变换器采用 定频开环控制,工作频率固定在谐振腔的谐振频率 点,实现 恒 定 的 电 压 变 比 和 高 效 电 能 传 输。 交 错 Buck / Boost 变换器采用 PWM 控制,负责储能系统 的功率控制。 利用仿真对两级式直流变换器的工作 原理和控制方法进行了验证,最后,搭建了 1kW 的 两级式直流变换器和 DAB 变换器实验样机进行了 实验验证和效率对比。