CN110957922A - 单级式高频隔离型双向直流变换器和并网储能*** - Google Patents

单级式高频隔离型双向直流变换器和并网储能*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单级式高频隔离型双向直流变换器，包括：依次电连接的升压储能模块、输入开关网络、变压器模块、谐振模块、输出开关网络，以及与所述升压储能模块和所述谐振模块控制连接的投切控制模块，所述升压储能模块连接输入电源的正极和负极；所述投切控制模块用于在正向变换时控制所述升压储能模块投入、所述谐振模块投出，在反向变换时控制所述升压储能模块投出、所述谐振模块投入。本发明还涉及一种并网储能***。本发明通过采用投切控制模块，因此可以低成本、高效率方式的单级拓扑结构满足宽输入电压范围。

Description

单级式高频隔离型双向直流变换器和并网储能***
技术领域
本发明涉及电源模块领域，更具体地说，涉及一种单级式高频隔离型双向直流变换器和包括所述单级式高频隔离型双向直流变换器的并网储能***。
背景技术
随着能源危机的日益加剧和人们环保意识的提高，绿色高效利用能源成为各国研究应用的重点，而高频隔离型宽范围直流变换器的研究更是重中之重。目前，在工程应用中，单级式高频隔离型双向直流变换器通常输入电压范围过窄，无法满足宽输入电压范围。而宽输入电压范围的双向高频隔离型直流变换器大多采用两级式拓扑结构。例如BUCKBOOST+LLC电路级联，通过BUCKBOOST电路提高输入电压范围，通过LLC电路的变压器实现高频隔离。又或者BUCKBOOST+移相全桥电路级联，同样通过BUCKBOOST电路提高输入电压范围，通过移相全桥电路的变压器实现高频隔离。但是不管是BUCKBOOST+LLC电路级联还是BUCKBOOST+移相全桥电路级联相对于单级式拓扑结构而言都增加了开关器件的成本，降低了能量的转换效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种单级式高频隔离型双向直流变换器和包括所述单级式高频隔离型双向直流变换器的并网储能***，用于以低成本、高效率方式的单级拓扑结构满足宽输入电压范围。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单级式高频隔离型双向直流变换器，包括：依次电连接的升压储能模块、输入开关网络、变压器模块、谐振模块、输出开关网络，以及与所述升压储能模块和所述谐振模块控制连接的投切控制模块，所述升压储能模块连接输入电源的正极和负极；所述投切控制模块用于在正向变换时控制所述升压储能模块投入、所述谐振模块投出，在反向变换时控制所述升压储能模块投出、所述谐振模块投入。
在本发明所述的单级式高频隔离型双向直流变换器中，所述谐振模块包括第一谐振单元和第二谐振单元，所述第一谐振单元连接在所述变压器模块的副边第一端和所述输出开关网络的第一输入端之间，所述第二谐振单元经所述谐振投切控制单元连接在所述变压器模块的副边第一端和副边第二端之间。
在本发明所述的单级式高频隔离型双向直流变换器中，所述投切控制模块包括用于在正向变换时控制所述升压储能模块投入、在反向变换时控制所述升压储能模块投出的升压投切控制单元，用于在正向变换时控制所述第一谐振单元和所述第二谐振单元投出、在反向变换时控制所述第一谐振单元和所述第二谐振单元投入的谐振投切控制单元。
在本发明所述的单级式高频隔离型双向直流变换器中，所述第一谐振单元包括第一电感和第一电容，所述第二谐振单元包括第二电感，所述第一电感的第一端连接所述变压器模块的副边第一端、第二端经所述第一电容连接所述输出开关网络的第一输入端；所述第二电感的第一端经所述谐振投切控制单元连接所述变压器模块的副边第一端，所述第二电感的第二端连接所述变压器模块的副边第二端。
在本发明所述的单级式高频隔离型双向直流变换器中，所述谐振投切控制单元包括与所述第一电感并联的第一谐振开关和与所述第二电感串联的第二谐振开关。
在本发明所述的单级式高频隔离型双向直流变换器中，所述升压储能模块包括连接在所述输入电源正极和所述输入开关网络的第一输入端的升压储能电感。
在本发明所述的单级式高频隔离型双向直流变换器中，所述升压投切控制单元包括并联在所述升压储能电感两端的升压投切开关。
在本发明所述的单级式高频隔离型双向直流变换器中，所述升压储能模块进一步包括连接在所述输出电源正极和负极之间的输入滤波电容和连接在所述输入开关网络的第一输入端和第二输入端之间的吸收单元。
在本发明所述的单级式高频隔离型双向直流变换器中，所述输入开关网络和所述输出开关网络包括全桥开关管网络或半桥开关管网络；所述吸收单元包括吸收二极管、吸收电容和吸收电阻，所述吸收二极管的阳极连接所述输入开关网络的第一输入端、阴极经所述吸收电容连接所述输入开关网络的第二输入端，所述吸收电阻并联在所述吸收二极管或所述吸收电容两端。
本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种并网储能***，包括电池模块、光伏组件、DC/DC模块、DC滤波模块、DC/AC模块、AC滤波模块、继电器、负载、电网模块以及所述的单级式高频隔离型双向直流变换器，所述光伏组件经所述DC/DC模块连接到所述DC滤波模块，所述电池模块经所述单级式高频隔离型双向直流变换器连接到所述DC滤波模块，所述DC滤波模块进一步依次经DC/AC模块、AC滤波模块、继电器连接负载或电网模块。
本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器和并网储能***，通过采用投切控制模块，在正向变换时投入升压储能模块、投出谐振模块，实现宽输入范围电压向相对稳定的输出电压变换，而在反向变换时，投出升压储能模块、投入谐振模块，从而将相对稳定的输入电压变换为宽输出范围的输出电压，因此可以低成本、高效率方式的单级拓扑结构满足宽输入电压范围。其与纯谐振型LLC变换器相比可以提高输入电压范围，而不需增加额外电路。与传统的移相全桥变换器相比同样可以提高输入电压范围；并可利用LLC拓扑优势，提高直流功率反向变换的效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器的第一优选实施例的原理框图；
图2是本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器的第二优选实施例的原理框图；
图3是本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器的第三优选实施例的电路图；
图4A-4C示出了图3所示的单级式高频隔离型双向直流变换器的正向变换时充电能量、正负能量传递示意图；
图5是图3所示的单级式高频隔离型双向直流变换器的直流正向变换的开关管驱动发波示意图；
图6是图3所示的单级式高频隔离型双向直流变换器的直流正向变换的控制框图；
图7A-7B示出了图3所示的单级式高频隔离型双向直流变换器的反向变换时正负能量传递示意图；
图8是图3所示的单级式高频隔离型双向直流变换器的直流反变换的开关管驱动发波示意图；
图9是图3所示的单级式高频隔离型双向直流变换器的直流反向变换的控制框图；
图10A-10B示出了本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器应用电路原理图；
图11是本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器的第四优选实施例的电路图；
图12是本发明的并网储能***的第一优选实施例的原理框图；
图13A-13C示出了DA/AC模块的单相可选实现方式；
图14A-14C示出了DA/AC模块的三相可选实现方式。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明涉及一种单级式高频隔离型双向直流变换器，包括：依次电连接的升压储能模块、输入开关网络、变压器模块、谐振模块、输出开关网络，以及与所述升压储能模块和所述谐振模块控制连接的投切控制模块，所述升压储能模块连接输入电源的正极和负极；所述投切控制模块用于在正向变换时控制所述升压储能模块投入、所述谐振模块投出，在反向变换时控制所述升压储能模块投出、所述谐振模块投入。本发明通过采用投切控制模块，在正向变换时投入升压储能模块、投出谐振模块，实现宽输入范围电压向相对稳定的输出电压变换，而在反向变换时，投出升压储能模块、投入谐振模块，从而将相对稳定的输入电压变换为宽输出范围的输出电压，因此可以低成本、高效率方式的单级拓扑结构满足宽输入电压范围。
双向直流变换***，对电压变换范围、功率密度、成本、体积、效率的要求是必不可少的。然而，由于传统的拓扑结构通常采用两级式结构，通过额外增加一级升降压电路来提高输入电压范围。因此，传统两级式拓扑结构因开关器件的增加，不可避免的引出成本增加、功率密度减小、转换效率降低、控制难度增高等一系列问题。现有产品大多都是通过采用多个电路的串并联，组合成较大容量和较宽范围的双向直流变换器。然而，本申请的发明人创造性的想到将BOOST升压模块与高频隔离型直流变换模块相结合起来，通过BOOST升压模块与高频变压器组合达到升降压的目的；双向直流反向变换采用传统的LLC谐振电路减小开关损耗，提高***效率，这一举措突破了本领域中一向以来的惯有思维模式。
图1是本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器的第一优选实施例的原理框图。如图1所示，本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器，包括：依次电连接的升压储能模块100、输入开关网络200、变压器模块300、谐振模块400、输出开关网络500，以及与所述升压储能模块100和所述谐振模块400控制连接的投切控制模块600，所述升压储能模块100连接输入电源的正极和负极。所述投切控制模块600用于在正向变换时控制所述升压储能模块100投入、所述谐振模块400投出，在反向变换时控制所述升压储能模块100投出、所述谐振模块400投入。
在本发明的优选实施例中，所述升压储能模块100可以采用任何已知的电容和电感构建。所述变压器模块300可以包括一个或者多个串联的变压器。所述输入开关网络200和输出开关网络500可以包括任何已知的全桥开关管网络或半桥开关管网络。所述谐振模块400可以是任何LLC谐振模块，CLLC谐振模块，LC谐振模块等等。所述投切控制模块600可以是任何硬件开关或电路，例如空气开关、功率开关管、继电器或接触器，也可以是任何软开关模块，或者器件。
本发明通过采用投切控制模块，在正向变换时投入升压储能模块、投出谐振模块，实现宽输入范围电压向相对稳定的输出电压变换，而在反向变换时，投出升压储能模块、投入谐振模块，从而将相对稳定的输入电压变换为宽输出范围的输出电压，因此可以低成本、高效率方式的单级拓扑结构满足宽输入电压范围。
图2是本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器的第二优选实施例的原理框图。在图2所示实施例中，本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器，包括：依次电连接的升压储能模块100、输入开关网络200、变压器模块300、谐振模块400、输出开关网络500，以及与所述升压储能模块100和所述谐振模块400控制连接的投切控制模块600，所述升压储能模块100连接输入电源的正极和负极。进一步的所述谐振模块400包括第一谐振单元410和第二谐振单元420。
所述第一谐振单元410连接在所述变压器模块300的副边第一端和所述输出开关网络500的第一输入端之间，所述第二谐振单元420连接在所述变压器模块300的副边第一端和副边第二端之间。所述投切控制模块600包括用于在正向变换时控制所述升压储能模块100投入、在反向变换时控制所述升压储能模块100投出的升压投切控制单元610，用于在正向变换时控制所述第一谐振单元410和所述第二谐振单元420投出、在反向变换时控制所述第一谐振单元410和所述第二谐振单元420投入的谐振投切控制单元620。
在本发明的优选实施例中，所述升压储能模块100可以采用任何已知的电容和电感构建。所述变压器模块300可以包括一个或者多个串联的变压器。所述输入开关网络200和输出开关网络500可以包括任何已知的全桥开关管网络或半桥开关管网络。第一谐振单元410和第二谐振单元420以是任何LC谐振模块。所述升压投切控制单元610和谐振投切控制单元620可以是任何硬件开关或电路，例如空气开关、功率开关管、继电器或接触器，也可以是任何软开关模块，或者器件。
本发明通过采用投切控制模块，在正向变换时投入升压储能模块、投出谐振模块，实现宽输入范围电压向相对稳定的输出电压变换，而在反向变换时，投出升压储能模块、投入谐振模块，从而将相对稳定的输入电压变换为宽输出范围的输出电压，因此可以低成本、高效率方式的单级拓扑结构满足宽输入电压范围。
图3是本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器的第三优选实施例的电路图。如图3所示，本发明的单级式高频隔离型双向直流变换器，包括：依次电连接的升压储能模块100、输入开关网络200、变压器模块300、谐振模块400、输出开关网络500，以及与所述升压储能模块100和所述谐振模块400控制连接的投切控制模块600，所述升压储能模块100连接输入电源的正极和负极。进一步的所述谐振模块400包括第一谐振单元410和第二谐振单元420。所述投切控制模块600包括升压投切控制单元610和谐振投切控制单元620。
在图3所示的优选实施例中，所述升压储能模块100包括连接在输入电源正极BAT+和负极BAT-之间的输入滤波电容Cin和连接在所述输入电源正极BAT+和所述输入开关网络200的第一输入端的升压储能电感Lboost。所述输入开关网络200包括开关管Q1-Q4以及反向并联二极管D1-D4构成的全桥开关管网络。所述第一谐振单元410包括第一电感Lr和第一电容C1，所述第二谐振单元420包括第二电感Lm。所述第一电感Lr的第一端连接所述变压器模块300的副边第一端。第二端经所述第一电容C1连接所述输出开关网络500的第一输入端。所述第二电感Lm的第一端经所述谐振投切控制单元620连接所述变压器模块300的副边第一端，所述第二电感Lm的第二端连接所述变压器模块300的副边第二端。所述输出开关网络500包括开关管Q5-Q8以及反向并联二极管D5-D8构成的全桥开关管网络。进一步地所述输出开关网络500还可以包括输出滤波电容Cout。所述输出滤波电容Cout的两端连接正负母线。
在本实施例中，所述谐振投切控制单元包括与所述第一电感Lr并联的第一谐振开关Kllc和与所述第二电感Lm串联的第二谐振开关Km。所述升压投切控制单元包括并联在所述升压储能电感Lboost两端的升压投切开关Kboost。在本优选实施例中，第一谐振开关Kllc、第二谐振开关Km和升压投切开关Kboost都采用空气开关。在本发明的优选实施例中所述开关管可以是金属-氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、电力晶体管、绝缘栅场效应管、门极可关断晶闸管或晶闸管。所述升压储能模块100的输入端可以连接电池模块或负载模块、单相无源功率因数校正电路、单相有源功率因数校正电路、三相无源功率因数校正电路、三相有源功率因数校正电路。
在本发明的进一步的优选实施例中，所述升压储能模块进一步包括连接在所述输入开关网络的第一输入端和第二输入端之间的吸收单元。在图11所示的实施例中，所述吸收单元包括吸收二极管Df、吸收电容Cf和吸收电阻Rf。所述吸收二极管Df的阳极连接所述输入开关网络200的第一输入端、阴极经所述吸收电容Cf连接所述输入开关网络200的第二输入端，所述吸收电阻Rf并联在所述吸收电容Cf两端。当然，所述吸收电阻Rf还可以连接在所述吸收二极管Df两端。在本发明的其他优选实施例中，所述吸收单元还可以采用其他构造，或者包括其他元件。
图4A-4C和图7A-7B分别示出了其正向变换时充电能量、正负能量传递示意图和反向变换时正负能量传递示意图。图5和8分别示出了其直流正向和反向变换的开关管驱动发波示意图。图6和9分别示出了其直流正向变换和直流反向变换的控制框图。图10A-10B示出了应用电路示意图。下面结合图3-10B对本发明的原理说明如下。
在正向变换阶段：
在步骤一中，断开空气开关Kboost、断开空气开关Klm、闭合空气开关Kllc，将BOOST升压与变压器模块相结合，实现输入电源侧向输出侧的升降压。
在步骤二中，变压器模块的高压侧全桥电路开关管按以下方式控制：开关管Q1、开关管Q3驱动相同，开关管Q2、开关管Q4驱动相同，开关管Q1、开关管Q2驱动占空比相同、相位交错180度；
在步骤三中，当变压器模块的高压侧开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4全部导通时，输入电源向电感Lboost充电；此时变压器模块的低压侧开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7、开关管Q8均关断，具体电路示意如图4A所示。
在步骤四中，当变压器模块的高压侧开关管Q1、开关管Q3导通，开关管Q2、开关管Q4关断时，输入电源与电感Lboost均放电；此时变压器模块的低压侧开关管Q5、开关管Q7导通，开关管Q6、开关管Q8关断，进行同步整流；具体电路示意如图4B所示。
在步骤五中，当变压器模块的高压侧开关管Q1、开关管Q3关断，开关管Q2、开关管Q4导通时，电源与电感Lboost均放电；此时变压器模块的低压侧开关管Q5、开关管Q7关断，开关管Q6、开关管Q8导通，进行同步整流；具体电路示意如图4C所示。
正向变换控制目标是稳定输出侧电压(即母线电压)、限制功率、改善电流纹波，因此采用电压电流双闭环控制：由BUS电压PI环路计算电流参考值，再经过电流PI环路计算BOOST升压占空比，再加前馈量计算实际控制开关管占空比；具体发波控制方式如图5所示、控制框图如图6所示。
在反向变换阶段：
在步骤一中，闭合空气开关Kboost，闭合空气开关Klm，断开空气开关Kllc，将LLC谐振模块与变压器模块相结合，实现输出侧向电源侧的升降压；开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7、开关管Q8均以恒定占空比进行控制，通过调整开关频率(调频)，实现对反向输出电压的控制。
在步骤二中，变压器模块的低压侧全桥电路开关管按以下方式控制：开关管Q5、开关管Q7驱动相同，开关管Q6、开关管Q8驱动相同，开关管Q5、开关管Q8驱动互补，并通过调节死区时间，实现对占空比的控制。
在步骤三中，当变压器模块的低压侧开关管Q5、开关管Q7导通，开关管Q6、开关管Q8关断时，输出侧通过变压器模块向电源侧传递能量；此时变压器模块的高压侧开关管Q1、开关管Q3导通，开关管Q2、开关管Q4关断，进行同步整流；具体电路示意如图7A所示。
在步骤四中，当变压器模块的低压侧开关管Q5、开关管Q7关断，开关管Q6、开关管Q8导通时，输出侧通过变压器模块向电源侧传递能量；此时变压器模块的高压侧开关管Q1、开关管Q3关断，开关管Q2、开关管Q4导通，进行同步整流；具体电路示意如图7B所示。
反向变换控制目标是稳定电源电压，同时限制功率，采用电压电流双闭环控制：由电源电压PI环路计算电流参考值，再经过电流PI环路计算LLC频率调整量，最后加上前馈量计算实际控制开关的频率；具体发波控制方式如图8所示、控制框图如图9所示。在恒流控制阶段，电源电压PI环饱和；在恒压控制阶段与浮充阶段，电源电压PI环将退饱和。
本发明提出的单级式高频隔离型双向直流变换器，创新的将BOOST升压电路与高频隔离LLC谐振模块相结合实现对高频变压器高压侧进行升压的功能，再通过高频变压器变比降压，其低压侧可使用低耐压开关器件，节约成本；在有效扩宽输入电压范围的前提下，未增加开关器件，可降低***体积、简化控制；本发明通过单级功率变换电路，实现宽输入电压范围的双向直流变换，可提高***转换效率。电压电流双闭环控制策略，控制简单，便于推广应用；采用紧凑的单级功率变换、效率更高，成本更低。
图12是本发明的并网储能***的第一优选实施例的原理框图。如图12所示，该并网储能***，包括电池模块101、光伏组件301、DC/DC模块401、DC滤波模块501、DC/AC模块601、AC滤波模块701、继电器801、负载1001、电网模块901以及单级式高频隔离型双向直流变换器201。所述光伏组件301经DC/DC模块401连接到所述DC滤波模块501，所述电池模块101经所述单级式高频隔离型双向直流变换器201连接到所述DC滤波模块501，所述DC滤波模块进一步依次经DC/AC模块601、AC滤波模块701、继电器801连接负载10011或电网模块901。
本领域技术人员知悉，电池模块101、光伏组件301、DC/DC模块401、DC滤波模块501、DC/AC模块601、AC滤波模块701、继电器801、负载1001、电网模块901可以采用本领域中已知的任何相关模块。图13A-13C示出了DA/AC模块的单相可选实现方式。图14A-14C示出了DA/AC模块的三相可选实现方式。所述光伏组件301可以是PV光伏组件。所述单级式高频隔离型双向直流变换器201可以参照前述任何实施例构造。
在本发明的优选实施例中，所述电池模块101回路中串联有电流传感器；所述PV光伏组件301回路中串联有电流传感器；所述电网模块901回路中串联有电流传感器；所述负载1001回路中串联有电流传感器；所述继电器网络801输入输出交流电压分别通过电压传感器进行采样；所述电池模块101、PV光伏组件301、DC滤波模块501两端的直流电压分别通过电阻串并联和线性光耦电路进行采样。
下面对本发明的并网储能***的工作原理进行详细描述，具体步骤为：
步骤一、检测电池模块101、PV光伏组件301、电网模块901接入情况。
步骤二、若仅电池模块101，其工作于离网运行模式：电池模块101放电，向负载1001供电。
步骤三、若仅PV光伏组件301，其工作于离网运行模式：PV光伏组件301放电，向负载1001供电。
步骤四、若仅接入电网模块901，其工作于并网运行模式：电网模块901向负载1001供电。
步骤五、若仅接入PV光伏组件301与电网模块901，其工作于并网运行模式与光伏并网逆变器相同：首先，母线软启，主要是控制非隔离型DC/DC模块401将PV光伏组件301的电压变换为理想电压输出；其次，软件锁相，主要是对电网模块901的相位进行软件锁相；再次，继电器检测，主要是对继电器模块801进行检测，闭合继电器，将电网模块901以及负载1001接入***；最后，最大功率跟踪，主要是对PV光伏组件301进行最大功率点跟踪。
步骤六、若仅接入PV光伏组件301与电池模块101，其工作于离网运行模式：轻载时，将PV光伏组件301能量输送给电池模块101以及负载1001，电池模块101处于充电模式；重载时，将PV光伏组件301与电池模块101能量输送给负载1001，电池模块101处于放电模式。
步骤七、若仅接入电池模块101与电网模块901，其工作于并网运行模式与光伏并网逆变器类似：首先，母线软启，主要是控制单级式高频隔离型双向直流变换器201将电池模块101的电压变换为理想电压输出；其次，软件锁相，主要是对电网模块901的相位进行软件锁相；再次，继电器检测，主要是对继电器模块801进行检测，闭合继电器，将电网模块901以及负载1001接入***；最后，电池模块101功率流向控制，主要是判断电池模块101是充电模式还是放电模式。
步骤八、若接入电池模块101、PV光伏组件301与电网模块901，其工作于并网运行模式与光伏并网逆变器类似：首先，母线软启，主要是控制单级式高频隔离型双向直流变换器201将电池模块101的电压变换为理想电压输出或控制非隔离型DC/DC模块401将PV光伏组件301的电压变换为理想电压输出；其次，软件锁相，主要是对电网模块901的相位进行软件锁相；再次，继电器检测，主要是对继电器网络801进行检测，闭合继电器，将电网模块901以及负载1001接入***；最后，最大功率跟踪，主要是对PV光伏组件301进行最大功率点跟踪，同时判断电池模块101功率流向即电池模块101是充电模式还是放电模式。
进一步分析单级式高频隔离型双向直流变换器201的充电放电原理
放电运行模式：
在步骤一中，断开空气开关Kboost、断开空气开关Klm、闭合空气开关Kllc，将BOOST升压与变压器模块相结合，实现输入电源侧向输出侧的升降压。通过调整变压器模块的高压侧开关管和变压器模块的低压侧开关管的占空比，实现对电池模块101的放电升降压与高频隔离功能，
具体为：变压器模块的高压侧开关管占空比软起，直至最大50％，得到初始占空比值，且保证同一桥臂的开关器件驱动占空比相同、相位交错180度，不同桥臂间相对的开关器件驱动相同。给定所需的DC滤波模块501的电压作为放电电压闭环参考值，将DC滤波模块501两端的实际直流电压作为放电电压闭环反馈值，输出放电电流闭环给定值。将电池模块101回路中串联电流传感器所采样的电流值作为放电电流闭环的反馈值，输出变压器模块的高压侧开关管占空比调整量。
将计算所得的占空比调整量与初始占空比相加得到实际控制变压器模块的高压侧开关管的开关器件占空比。将该开关器件占空比作为参考，计算变压器模块的低压侧开关管的同步整流控制所需的占空比，并比理想计算值略小，避免能量反灌。
充电运行模式：
闭合空气开关Kboost，闭合空气开关Klm，断开空气开关Kllc，将LLC谐振模块与变压器模块相结合，实现输出侧向电源侧的升降压；通过调整变压器模块的高压侧开关管和变压器模块的低压侧开关管的开关频率与占空比，实现充电升降压与高频隔离功能，
具体为：按照初始设定的开关频率与占空比，缓慢减小变压器模块的低压侧开关管的死区时间直至设定值，且保证同一桥臂的开关器件互补，不同桥臂间相对的开关器件驱动相同。
给定所需的电池模块101电压作为充电电压闭环参考值，将电池模块101两端的实际直流电压作为充电电压闭环反馈值，输出充电电流闭环给定值。
将电池模块101回路中串联电流传感器所采样的电流值作为反向电流闭环的反馈值，输出变压器模块的低压侧开关管的开关频率调整量。
将计算所得的开关频率调整量与初始设定的开关频率相加得到实际控制变压器模块的低压侧开关管的开关频率。将计算所得的实际控制变压器模块的低压侧开关管的开关频率与占空比作为参考，计算变压器模块的高压侧开关管同步整流控制所需的开关频率与占空比，其中频率相同、占空比略小于理想计算值，避免能量反灌。
本发明提出的并网储能***，创新的将BOOST升压与高频隔离LLC谐振模块相结合实现对高频变压器高压侧进行升压的功能，再通过高频变压器变比降压，其低压侧可使用低耐压开关器件，节约成本；在有效扩宽输入电压范围的前提下，未增加开关器件，可降低***体积、简化控制；本发明通过单级功率变换电路，实现宽输入电压范围的双向直流变换，可提高***转换效率。电压电流双闭环控制策略，控制简单，便于推广应用；采用紧凑的单级功率变换、效率更高，成本更低。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单级式高频隔离型双向直流变换器，其特征在于，包括：依次电连接的升压储能模块、输入开关网络、变压器模块、谐振模块、输出开关网络，以及与所述升压储能模块和所述谐振模块控制连接的投切控制模块，所述升压储能模块连接输入电源的正极和负极；所述投切控制模块用于在正向变换时控制所述升压储能模块投入、所述谐振模块投出，在反向变换时控制所述升压储能模块投出、所述谐振模块投入。
2.根据权利要求1所述的单级式高频隔离型双向直流变换器，其特征在于，所述投切控制模块包括用于在正向变换时控制所述升压储能模块投入、在反向变换时控制所述升压储能模块投出的升压投切控制单元，以及用于在正向变换时控制所述第一谐振单元和所述第二谐振单元投出、在反向变换时控制所述第一谐振单元和所述第二谐振单元投入的谐振投切控制单元。
3.根据权利要求2所述的单级式高频隔离型双向直流变换器，其特征在于，所述谐振模块包括第一谐振单元和第二谐振单元，所述第一谐振单元连接在所述变压器模块的副边第一端和所述输出开关网络的第一输入端之间，所述第二谐振单元经所述谐振投切控制单元连接在所述变压器模块的副边第一端和副边第二端之间。
4.根据权利要求3所述的单级式高频隔离型双向直流变换器，其特征在于，所述第一谐振单元包括第一电感和第一电容，所述第二谐振单元包括第二电感，所述第一电感的第一端连接所述变压器模块的副边第一端、第二端经所述第一电容连接所述输出开关网络的第一输入端；所述第二电感的第一端经所述谐振投切控制单元连接所述变压器模块的副边第一端，所述第二电感的第二端连接所述变压器模块的副边第二端。
5.根据权利要求4所述的单级式高频隔离型双向直流变换器，其特征在于，所述谐振投切控制单元包括与所述第一电感并联的第一谐振开关和与所述第二电感串联的第二谐振开关。
6.根据权利要求5所述的单级式高频隔离型双向直流变换器，其特征在于，所述升压储能模块包括连接在所述输入电源正极和所述输入开关网络的第一输入端的升压储能电感。
7.根据权利要求6所述的单级式高频隔离型双向直流变换器，其特征在于，所述升压投切控制单元包括并联在所述升压储能电感两端的升压投切开关。
8.根据权利要求7所述的单级式高频隔离型双向直流变换器，其特征在于，所述升压储能模块进一步包括连接在所述输出电源正极和负极之间的输入滤波电容和连接在所述输入开关网络的第一输入端和第二输入端之间的吸收单元。
9.根据权利要求8所述的单级式高频隔离型双向直流变换器，其特征在于，所述输入开关网络和所述输出开关网络包括全桥开关管网络或半桥开关管网络，所述吸收单元包括吸收二极管、吸收电容和吸收电阻，所述吸收二极管的阳极连接所述输入开关网络的第一输入端、阴极经所述吸收电容连接所述输入开关网络的第二输入端，所述吸收电阻并联在所述吸收二极管或所述吸收电容两端。
10.一种并网储能***，包括电池模块、光伏组件、DC/DC模块、DC滤波模块、DC/AC模块、AC滤波模块、继电器、负载、电网模块以及根据权利要求1-9中任意一项所述的单级式高频隔离型双向直流变换器，所述光伏组件经所述DC/DC模块连接到所述DC滤波模块，所述电池模块经所述单级式高频隔离型双向直流变换器连接到所述DC滤波模块，所述DC滤波模块进一步依次经DC/AC模块、AC滤波模块、继电器连接负载或电网模块。
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