储能系统的双向Boost/Buck反激变换器的控制方法及系统与流程

本发明涉及dc-dc反激变换器，具体为储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制方法及系统。

背景技术：

1、为了节约化石能源、保护环境和减少碳排放，新能源发电在我国甚至全球范围得到了大力发展，新能源装机容量和发电量占比越来越大。然而，以风力和光伏发电为代表的新能源发电具有间歇性、波动性和随机性的特点，需要配合储能才能大规模应用。

2、储能按照在电力系统中的位置，可分为发电侧储能、电网侧储能和用户侧储能。其中，用户侧储能主要包括与屋顶光伏配套的储能，和工商业领域通过削峰填谷以降低用电成本的储能。用户侧储能虽然容量较小，但是配置灵活、维修方便、电压低而比较安全，因此得到了广泛的应用。

3、用户侧储能常用电池作为介质。储能电池需要充电和放电，因此需通过双向反激变换器连接电网。储能电池电压典型值为48v，而交流电网峰值电压超过300v。现有的非隔离型双向dc-dc反激变换器，如双向buck/boost反激变换器等，难以满足上述电压增益的需求。而现有的隔离型双向反激变换器虽然能满足该需求，但是因为变压器存在漏感，会产生电压尖峰，需设置漏感吸收电路。此外，一种混合升压-反激变换器将boost电路与反激电路相结合，解决了变压器漏感的问题，但是该反激变换器只能单向运行。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有的储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制方法中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明所要解决的问题是：现有的非隔离型双向dc-dc反激变换器，如双向buck-boost反激变换器等，难以满足电压增益的需求；现有的隔离型双向反激变换器虽然能满足该需求，但是因为变压器存在漏感，会产生电压尖峰。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制方法，其包括，构建反激变换器，获取储能电池状态信息；根据储能电池的状态划分反激变换器的工作模式；通过对反激变换器的控制实现放电模式和充电模式的切换。

5、作为本发明所述储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制方法的一种优选方案，其中：所述反激变换器的控制包括，对第一开关管s1、第二开关管s2和第三开关管s3的控制；

6、当放电模式时，功率由储能电池vbat流向直流母线vbus，控制第一开关管s1按开关频率交替导通和关断，第二开关管s2和第三开关管s3保持关断；

7、当充电模式时，功率由直流母线vbus流向储能电池vbat，控制第一开关管s1保持关断，第二开关管s2和第三开关管s3按开关频率交替导通和关断。

8、作为本发明所述储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制方法的一种优选方案，其中：所述放电模式包括，若第一开关管s1导通，第二二极管vd2和第三二极管vd3关断，则储能电池vbat及第一电容c1、变压器t的储能侧等效电感l1、第一开关管s1形成电流回路，变压器t的储能侧等效电感l1被充电，同时母线侧等效电感l2储存能量，第二电容c2、第三电容c3、直流母线vbus形成电流回路，第二电容c2和第三电容c3放电；

9、若第一开关管s1关断，第二二极管vd2和第三二极管vd3导通，则储能电池vbat及第一电容c1、变压器t的储能侧等效电感l1、第二二极管vd2、第三电容c3形成电流回路，变压器t的储能侧等效电感l1放电，第三电容c3被充电，变压器t的母线侧等效电感l2、第三二极管vd3、第二电容c2形成电流回路，变压器t的母线侧等效电感l2放电、第二电容c2被充电。

10、作为本发明所述储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制方法的一种优选方案，其中：所述放电模式还包括，对变压器t的储能侧等效电感l1列伏秒平衡方程表示为，

11、

12、d1'＝1-d1

13、放电模式的电压增益表示为，

14、

15、第一开关管s1和第一二极管vd1的电压应力表示为，

16、

17、第二开关管s2和第二二极管vd2的电压应力表示为，

18、

19、第三开关管s3和第三二极管vd3的电压应力表示为，

20、

21、其中，g1为直流母线vbus比储能电池vbat的电压增益，k为变压器母线侧绕组比储能侧绕组的匝数比，d1为第一开关管s1的导通占空比。

22、作为本发明所述储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制方法的一种优选方案，其中：所述充电模式包括，第二开关管s2、第三开关管s3的同时导通和同时关断分别形成两个工作模态，若第二开关管s2、第三开关管s3的同时导通，第一二极管vd1关断，则第二电容c2、第三开关管s3、变压器t的母线侧等效电感l2形成电流回路，变压器t的母线侧等效电感l2被充电，第三电容c3、第二开关管s2、变压器t的储能侧等效电感l1、储能电池vbat及第一电容c1形成电流回路，变压器t的储能侧等效电感l1被充电；

23、若第二开关管s2和第三开关管s3关断，第一二极管vd1导通，则变压器t的储能侧等效电感l1、储能电池vbat及第一电容c1、第一二极管vd1形成电流回路，变压器t的储能侧等效电感l1放电。

24、作为本发明所述储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制方法的一种优选方案，其中：所述充电模式还包括，对变压器t的储能侧等效电感l1列伏秒平衡方程表示为，

25、

26、d2'＝1-d2

27、充电模式的电压增益表示为，

28、

29、第一开关管s1和第一二极管vd1的电压应力表示为，

30、

31、第二开关管s2和第二二极管vd2的电压应力表示为，

32、

33、第三开关管s3和第三二极管vd3的电压应力表示为，

34、

35、其中，g2为储能电池vbat比直流母线vbus的电压增益，k为变压器母线侧绕组比储能侧绕组的匝数比，d2为第二开关管s2和第三开关管s3的导通占空比。

36、作为本发明所述储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制方法的一种优选方案，其中：若储能电池电压vbat和直流母线电压vbus不变，则切换充放电模式，设置d2＝1-d1；

37、充电模式和放电模式的电压增益g1和g2互为倒数，各开关管和二极管的电压应力相同。

38、本发明的另外一个目的是提供储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制方法的系统，其能通过用于储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制方法，解决变压器漏感的问题，降低开关器件应力。

39、储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制系统，其包括，电池状态监测模块，通信模块，电池管理模块，数据处理模块，波形显示模块。

40、作为本发明所述储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制系统的一种优选方案，其中：所述电池状态监测模块用于实时监测储能电池的电压参数，以便根据储能电池的状态切换反激变换器的工作模式。

41、作为本发明所述储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制系统的一种优选方案，其中：所述通信模块，用于与其他模块进行数据交换和传输，与电池状态监测模块进行通讯，接收放充电指令并传输到电池管理模块，以及向数据处理模块发送反激变换器的工作状态和性能数据信息。

42、作为本发明所述储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制系统的一种优选方案，其中：所述电池管理模块，基于接收到的放充电指令，控制三个开关管的导通和关断，对反激变换器的开关管和二极管进行频率和占空比的控制，以实现放电模式和充电模式的切换。

43、作为本发明所述储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制系统的一种优选方案，其中：所述数据处理模块包括，接收通信模块发送的反激变换器的工作状态和性能数据信息，并进行处理和分析，生成相应的波形图像。

44、作为本发明所述储能系统的双向boost/buck反激变换器的控制系统的一种优选方案，其中：所述波形显示模块，用于实时显示反激变换器的电压、电流和功率波形图像。

45、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如上所述方法的步骤。

46、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。

47、本发明有益效果为与现有常用的非隔离型双向反激变换器相比，提高了电压增益。与双向反激变换器相比，在电压增益相同的前提下，降低了变压器匝数比，从而减小了漏感，提高了磁芯利用率和效率，变压器储能侧漏感能量可由boost/buck回路释放，不需要额外的漏感吸收电路，减少了元器件数量，开关管和二极管的电压应力和电流应力较小，便于选型。