CN111525815A - 双向dcdc变换电路、储能变流器和充放电控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供双向DCDC变换电路、储能变流器和充放电控制方法。该变换电路，包括：第一电容支路、第二电容支路以及两个单向升降压直流变换单元。两个单向升降压直流变换单元反向并联，在并联一端的两极之间设置有一个电容支路，在并联另一端的两极之间设置有另一个电容支路，从而使得该变换电路可以实现双向的升降压功能；每个单向升降压直流变换单元中包括串联连接于自身输入端正负极之间的两个桥臂以及串联连接于自身输出端正负极之间的两个桥臂，而每个桥臂均包括反向串联的开关管支路和二极管支路，从而利用二极管支路的反向截止特性，使得桥臂在自身驱动受到干扰的情况下，也不会轻易出现自身直通短路故障，提高了电路安全性。

Description

双向DCDC变换电路、储能变流器和充放电控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及双向DCDC变换电路、储能变流器和充放电控制方法。

背景技术

在光伏领域中，光伏储能发电系统，即光伏发电系统和储能电池系统相结合的一种光伏系统。在光伏储能发电系统中，可利用双向DCDC变换器在用电低谷期时将富余的电量储存在蓄电池中，也可利用双向DCDC变换器在用电高峰期时用自身储存的电量弥补电量的匮乏，从而可以实现削峰填谷的作用，进而可以平衡高峰期用电量的匮乏和低谷期用电量的富余。

之前，双向DCDC变换器采用图1所示的四开关双向升降压变换电路即可。目前，随着近几年输入光伏组件和蓄电池的电力配置越来越高，1500V高压输入配置已成为市场主流，为顺应市场，出现了采用如图2所示的双向高压DCDC变换电路的双向高压DCDC变换器。

在该变换电路中，当其驱动受到干扰时，其桥臂存在直通短路风险，由于桥臂出现直通短路故障时的短路电流较大，所以一旦有桥臂出现直通短路故障便会造成严重的次生灾害，因此该变换电路在其驱动受到干扰时其桥臂存在直通短路风险便成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种双向DCDC变换电路储能变流器和充放电控制方法，以解决图2所示现有技术中双向高压DCDC变换电路在其驱动受到干扰时自身桥臂存在直通短路风险的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面提供一种双向DCDC变换电路，包括：两个电容支路以及两个单向升降压直流变换单元；其中：

两个所述单向升降压直流变换单元反向并联，并联一端的两极之间设置有一个所述电容支路，并联另一端的两极之间设置有另一个所述电容支路；

每个所述单向升降压直流变换单元均包括串联连接于自身输入端正负极之间的两个桥臂以及串联连接于自身输出端正负极之间的两个桥臂，每个所述桥臂均包括反向串联的开关管支路和二极管支路。

可选的，在与所述单向升降压直流变换单元输入端正极相连的所述桥臂中，所述开关管支路的输出端与所述二极管支路的输出端相连，连接点作为对应所述桥臂的中点，所述开关管支路的输入端与所述单向升降压直流变换单元的输入端正极相连；

在与所述单向升降压直流变换单元输出端负极相连的所述桥臂中，所述开关管支路的输出端与所述二极管支路的输出端相连，连接点作为对应所述桥臂的中点，所述二极管支路的输入端与所述单向升降压直流变换单元的输出端负极相连；

在与所述单向升降压直流变换单元输入端负极相连的所述桥臂中，所述开关管支路的输入端与所述二极管支路的输入端相连，连接点作为对应所述桥臂的中点，所述开关管支路的输出端与所述单向升降压直流变换单元的输入端负极相连；

在与所述单向升降压直流变换单元输出端正极相连的所述桥臂中，所述开关管支路的输入端与所述二极管支路的输入端相连，连接点作为对应所述桥臂的中点，所述二极管支路的输出端与所述单向升降压直流变换单元的输出端正极相连。

可选的，每个所述单向升降压直流变换单元，还包括：两个电感支路；其中：

每个所述桥臂中，所述开关管支路和所述二极管支路的连接点作为对应所述桥臂的中点；

一个所述电感支路设置于：与对应所述单向升降压直流变换单元输入端正极相连所述桥臂的中点和与对应所述单向升降压直流变换单元输出端正极相连所述桥臂的中点之间；

另一个所述电感支路设置于：与对应所述单向升降压直流变换单元输入端负极相连所述桥臂的中点和与对应所述单向升降压直流变换单元输出端负极相连所述桥臂的中点之间。

可选的，所述电感支路由串联连接的P个电感组成，其中，P为正整数。

可选的，每个所述单向升降压直流变换单元中的两个所述电感支路均为一个集成耦合电感。

可选的，每个所述电容支路，包括：串联连接的2N个电容；N为正整数；其中：

靠近所述电容支路一端的N个电容与靠近所述电容支路另一端的N个电容的连接点作为所述电容支路的中点。

可选的，在每个所述单向升降压直流变换单元中，串联连接于对应所述单向升降压直流变换单元输入端正负极之间的两个桥臂的连接点与对应电容支路的中点相连；

串联连接于对应所述单向升降压直流变换单元输出端正负极之间的两个桥臂的连接点与对应电容支路的中点相连。

可选的，所述开关管支路，包括：M个开关管；M为正整数；其中：

M个所述开关管均设置于所述开关管支路的输入端和所述开关管支路的输出端之间，每个所述开关管与其他所述开关管中的至少一个所述开关管串联连接或者并联连接；

M个所述开关管的控制端相连，连接点作为所述开关管支路的控制端。

可选的，所述二极管支路，包括：Z个二极管；Z为正整数；其中：

Z个所述二极管顺次串联连接，串联的输入端作为所述二极管支路的输入端，串联的输出端作为所述二极管支路的输出端。

本申请第二方面提供一种储能变流器，包括：检测单元、控制单元、多个驱动电路以及一个如本申请第一方面任一所述的双向DCDC变换电路；其中：

所述双向DCDC变换电路的一侧作为所述储能变流器的电池侧，与储能设备两极对应连接，所述双向DCDC变换电路的另一侧作为所述储能变流器的母线侧，与上级系统的直流母线相连；

所述检测单元用于在所述控制单元的控制下，分别对所述双向DCDC变换电路各侧的电流电压值进行检测；

各个所述驱动电路的输入端与所述控制单元的各个输出端一一对应连接，各个所述驱动电路的输出端与所述双向DCDC变换电路中各个开关管支路的控制端一一对应连接；

所述控制单元的通信端作为所述储能变流器的对外通信端，与上级控制器通信连接。

本申请第三方面提供一种充放电控制方法，应用于如本申请第二方面所述的储能变流器中的控制单元，所述充放电控制方法，包括：

根据储能设备的运行状态确定所述储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元；

根据处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元的输入端电压和输出端电压，确定处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元的工作模式；

若所述工作模式为升压模式，则控制处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元中，处于输入端正负极之间的两个桥臂内开关管恒开通、处于输出端正负极之间的两个桥臂内开关管同步高频工作；

若所述工作模式为降压模式，则控制处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元中，处于输出端正负极之间的两个桥臂内开关管恒关断、处于输入端正负极之间的两个桥臂内开关管同步高频工作；

若所述工作模式为直通模式，则控制处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元中，处于输入端正负极之间的两个桥臂内开关管恒开通、处于输出端正负极之间的两个桥臂内开关管恒关断。

可选的，根据储能设备的运行状态确定所述储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元，包括：

若所述储能设备的运行状态为充电状态，则以输入端与所述储能变流器的母线侧相连的单向升降压直流变换单元，作为所述储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元；

若所述储能设备的运行状态为放电状态，则以输入端与所述储能变流器的电池侧相连的单向升降压直流变换单元，作为所述储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元。

可选的，根据处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元的输入端电压和输出端电压，确定处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元的工作模式，包括：

若所述输入端电压小于所述输出端电压，则判定所述工作模式为升压模式；

若所述输入端电压大于所述输出端电压，则判定所述工作模式为降压模式；

若所述输入端电压等于所述输出端电压，则判定所述工作模式为直通模式。

本申请第四方面提供一种光伏储能发电系统，其特征在于，包括：储能设备、光伏发电装置、逆变器、控制器和如本申请第二方面所述的储能变流器；其中：

所述光伏发电装置的输出侧通过直流母线与所述逆变器的直流侧相连，所述逆变器的交流侧与电网输入侧相连；

所述储能设备的两极与所述储能变流器的电池侧两极对应相连，所述储能变流器的母线侧与所述直流母线相连；

所述控制器分别与所述逆变器和所述储能变流器通信连接。

由此可知，本申请提供一种双向DCDC变换电路，包括：第一电容支路、第二电容支路以及两个单向升降压直流变换单元。在该双向DCDC变换电路中，两个单向升降压直流变换单元反向并联，在并联一端的两极之间设置有一个电容支路，在并联另一端的两极之间设置有另一个电容支路，从而使得该双向DCDC变换电路可以实现双向的升降压功能；并且，每个单向升降压直流变换单元中包括串联连接于自身输入端正负极之间的两个桥臂以及串联连接于自身输出端正负极之间的两个桥臂，而每个桥臂均包括反向串联的开关管支路和二极管支路，从而利用二极管支路的反向截止特性，使得桥臂在自身驱动受到干扰的情况下，也不会轻易出现自身直通短路故障，进而降低了本申请提供的双向DCDC变换电路在其驱动受到干扰时其桥臂存在直通短路风险，因此提高了本申请提供的双向DCDC变换电路的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种双向DCDC变换电路的结构示意图；

图2为现有技术中的一种双向高压DCDC变换电路的结构示意图；

图3和图4为本申请实施例提供的两种双向DCDC变换电路的结构示意图；

图5a和图5b为本申请实施例提供的双向DCDC变换电路的两种具体实施方式的结构示意图；

图6a和图6b为本申请双向DCDC变换电路处于放电状态时，自身升压工作模式下两种工作状态的电流流向示意图；

图7a和图7b为本申请双向DCDC变换电路处于放电状态时，自身降压工作模块下两种工作状态的电流流向示意图；

图8为本申请双向DCDC变换电路处于放电状态时，自身直通工作模式下一种工作状态的电流流向示意图；

图9a和图9b为本申请双向DCDC变换电路处于充电状态时，自身升压工作模式下两种工作状态的电流流向示意图；

图10a和图10b为本申请双向DCDC变换电路处于充电状态时，自身降压工作模式下两种工作状态的电流流向示意图；

图11为本申请双向DCDC变换电路处于充电状态时，自身直通工作模式下一种工作状态的电流流向示意图；

图12为本申请实施例提供的一种储能变流器的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的一种充放电控制方法的流程示意图；

图14为本申请实施例提供的步骤S110的一种具体实施方式的流程示意图；

图15为本申请实施例提供的步骤S210的一种具体实施方式的流程示意图；

图16为本申请实施例提供的一种光伏储能发电系统的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在现有技术中，出现了采用如图2所示的双向高压DCDC变换电路的双向高压DCDC变换器，其具体包括：四个电容、四个桥臂和两个电感；其具体结构如下：

每两个桥臂构成一个串联支路，共构成两个串联支路；其中，一个串联支路设置于该双向高压DCDC变换电路电池侧的两极之间，另一个串联支路设置于该双向高压DCDC变换电路母线侧的两极之间。

并且，在两个串联支路中对应上桥臂的中点之间设置有一个电感，对应下桥臂的中点之间设置有另一个电感；四个电容分别并联于四个桥臂的两端之间。

其中，每个桥臂均包括两个开关管和两个二极管；在每个桥臂中，两个开关管串联连接，且两个开关管的连接点作为相应桥臂的中点；而两个二极管分别反向并联于两个开关管的两端之间。

为了解决上述双向高压DCDC变换电路在其驱动受到干扰时自身桥臂存在直通短路风险的问题，本申请实施例提供一种双向DCDC变换电路，其具体结构如图3所示，包括：两个电容支路以及两个单向升降压直流变换单元。

需要说明的是，为了方便描述，分别将两个电容支路记为第一电容支路100和第二电容支路200；分别将两个单向升降压直流变换单元记为第一单向升降压直流变换单元300和第二单向升降压直流变换单元400。

在该双向DCDC变换电路中，第一单向升降压直流变换单元300和第二单向升降压直流变换单元400反向并联，并联的第一端两极之间设置第一电容支路100，并联的第二端两极之间设置第二电容支路200；并联的第一端正负极分别作为该双向DCDC变换电路的电池侧正极Vbat+和电池侧负极Vbat-、连接储能设备，并联的第二端正负极分别作为该双向DCDC变换电路的母线侧正极Vbus+和母线侧负极Vbus-、连接上级系统的直流母线；第一单向升降压直流变换单元300输入端中点和第二单向升降压直流变换单元400输出端中点均与第一电容支路100的中点相连，第一单向升降压直流变换单元300输出端中点和第二单向升降压直流变换单元400输入端中点与第二电容支路200的中点相连。

需要说明的是，第一单向升降压直流变换单元300和第二单向升降压直流变换单元400均可实现一个方向上的直流升压变换、直流降压变换以及直通传输的功能；反向并联即为第一单向升降压直流变换单元300的输入端正负极与第二单向升降压直流变换单元400的输出端正负极对应相连，第一单向升降压直流变换单元300的输出端正负极与第二单向升降压直流变换单元400的输入端正负极对应相连。

具体而言，第一电容支路100和第二电容支路200均由串联连接的2N个电容组成；在每个电容支路中，靠近该电容支路一端的N个电容与靠近该电容支路另一端的N个电容的连接点作为相应电容支路的中点。

其中，N为正整数，其具体取值可视实际应用场景而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，每个单向升降压直流变换单元的结构相同，只是其输入输出端与外部的连接方式相反，图4以从电池侧向母线侧进行电能变换、以实现放电功能的单向升降压直流变换单元为例，对于其具体结构及连接关系进行展示，包括：两个电感支路07和四个桥臂。

其中，四个桥臂分别记为第一桥臂01、第二桥臂02、第三桥臂03和第四桥臂04；并且，每个桥臂均由反向串联的一个开关管支路05和一个二极管支路06组成，每个桥臂中的开关管支路05和二极管支路06的连接点作为自身中点；但是，各个桥臂的结构却不完全相同；在实际应用中，由于开关管支路05和二极管支路06反向串联的实施方式有两种，所以如图4所示，与对应单向升降压直流变换单元输入端正极相连的第一桥臂01和与对应单向升降压直流变换单元输出端负极相连的第四桥臂04采用一种实施方式，而与对应单向升降压直流变换单元输入端负极相连的第二桥臂02和与对应单向升降压直流变换单元输出端正极相连的第三桥臂03采用另一种实施方式。

参见图4-图5b，在每个单向升降压直流变换单元(如图5a所示的300或400)中，第一桥臂01中开关管支路05(如图5a中所示的Q1或Q6)的输入端与单向升降压直流变换单元的输入端正极(图4以图5a中的300为例进行展示，即该双向DCDC变换电路的电池侧正极Vbat+)相连，第一桥臂01中开关管支路05的输出端与第一桥臂01中二极管支路06(如图5a中所示的D1或D6)的输出端相连，第一桥臂01中二极管支路06的输入端与第二桥臂02中二极管支路06(如图5a中所示的D3或D8)的输出端相连，第二桥臂02中二极管支路06的输入端与第二桥臂02中开关管支路05(如图5a中所示的Q3或Q8)的输入端相连，第二桥臂02中开关管支路05的输出端与单向升降压直流变换单元的输入端负极(图4以图5a中的300为例进行展示，即该双向DCDC变换电路的电池侧负极Vbat-)相连；第三桥臂03中二极管支路06(如图5a中所示的D5或D2)的输出端与单向升降压直流变换单元的输出端正极(图4以图5a中的300为例进行展示，即该双向DCDC变换电路的母线侧正极Vbus+)相连，第三桥臂03中二极管支路06的输入端与第三桥臂03中开关管支路05(如图5a中所示的Q5或Q2)的输入端相连，第三桥臂03中开关管支路05的输出端与第四桥臂04中开关管支路05(如图5a中所示的Q7或Q4)的输入端相连，第四桥臂04中开关管支路05的输出端与第四桥臂04中二极管支路06(如图5a中所示的D7或D4)的输出端相连，第四桥臂04中二极管支路06的输入端与单向升降压直流变换单元的输出端负极(图4以图5a中的300为例进行展示，即该双向DCDC变换电路的母线侧负极Vbus-)相连。

具体而言，开关管支路05由M个开关管组成，在开关管支路05中，M个开关管均设置于开关管支路05的输入端和开关管支路05的输出端之间，每个开关管与其他开关管中的至少一个开关管串联连接或者并联连接；M个开关管的控制端相连，连接点作为开关管支路05的控制端。

其中，M为正整数，其具体取值可视实际应用场景而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

例如，开关管支路05包括四个开关管，分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，其中，第一开关管和第二开关管同向串联，串联后又与第三开关管同向并联，并联后再与第四开关管同向串联，最终构成开关管支路05。实际应用中，也可以仅有串联关系或者并联关系，也可以仅由一个开关管构成，均在本申请的保护范围内。

可选的，开关管可以MOS晶体管，也可以为IGBT，还可以为三极管，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

二极管支路06由Z个二极管组成；在该二极管支路06中，Z个二极管顺次串联连接，串联的输入端作为二极管支路06的输入端，串联的输出端作为二极管支路06的输出端。

其中，Z为正整数，其具体取值可视实际应用场景而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

另外，在每个单向升降压直流变换单元中，一个电感支路07设置于：第一桥臂01的中点和第三桥臂03的中点之间；另一个电感支路07设置于：第二桥臂02的中点和第四桥臂04的中点之间。

具体而言，每个电感支路07均由串联连接的P个电感组成，例如，如图5a所示的双向DCDC变换电路中的第一电感L1或者第二电感L2；其中，P为正整数，其具体取值可视实际应用场景而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

可选的，在实际应用时，可以将两个电感支路07构成一个集成耦合电感；需要注意的是，此时，需要标明耦合电感的同名端，例如，如图5b所示的双向DCDC变换电路中的电感L11和电感L12，或者，电感L21和电感L22，其中，用小黑点标出一个单向升降压直流变换单元中的耦合电感(电感L11和电感L12)的同名端，用*标出另一个单向升降压直流变换单元中的耦合电感(电感L21和电感L22)的同名端。

由此可知，在该双向DCDC变换电路中，两个单向升降压直流变换单元反向并联，在并联一端的两极之间设置有第一电容支路100，在并联另一端的两极之间设置有第二电容支路200，从而使得该双向DCDC变换电路可以实现双向的升降压功能；并且，每个单向升降压直流变换单元中包括串联连接于自身输入端正负极之间的两个桥臂以及串联连接于自身输出端正负极之间的两个桥臂，而每个桥臂均包括反向串联的开关管支路05和二极管支路06，从而利用二极管支路06的反向截止特性，将开关管和二极管解耦控制，使得解耦后的桥臂在自身驱动受到干扰的情况下，也不会轻易出现自身直通短路故障，进而降低了本申请提供的双向DCDC变换电路在其驱动受到干扰时其桥臂存在直通短路风险，因此提高了本申请提供的双向DCDC变换电路的安全性。与此同时，将开关管和二极管解耦控制，还能够保证桥臂上开关管支路05工作在任意状态下都至少由两个二极管支路06串联承受母线电压，开关管支路05的应力不会因为控制逻辑受到威胁，因此解耦后的各个桥臂的驱动电路也不再需要进行死区控制，从而也大大提高了对各个桥臂控制的可靠性。

值得说明的是，由于本申请实施例提供的双向DCDC变换电路可以实现双向的升压变换和降压变换，所以使得该双向DCDC变换电路可以适应自身电池侧和母线侧电压的宽范围变化；并且，相较于图1所示的现有技术而言，该双向DCDC变换电路中各个桥臂上全部开关器件所承受的总电压应力为母线电压的一半，因此本申请中可以采用成本更低的电压器件来实现1500V的高压直流变换。

为了可以更加详细的对上述实施例提供的双向DCDC变换电路的工作原来进行详细说明，本实施例仅以图5a所示的双向DCDC变换电路为例进行说明。

图5a仅为上述实施例提供的双向DCDC变换电路的一个具体示例，包括：四个电容、四个电感、8个开关管以及8个二极管，其具体结构如下：

第一单向升降压直流变换单元300中，双向DCDC变换电路电池侧的正极Vbat+通过第一开关管Q1与第一二极管D1的负极相连，第一二极管D1的正极与第三二极管D3的负极相连，第三二极管D3的正极通过第三开关管Q3与双向DCDC变换电路电池侧的负极Vbat-相连；双向DCDC变换电路母线侧的正极Vbus+与第五二极管D5的负极相连，第五二极管D5的正极依次通过第五开关管Q5和第七开关管Q7与第七二极管Q7的负极相连，第七二极管Q7的正极与双向DCDC变换电路母线侧的负极Vbus-相连。第一电感L1设置于第一开关管Q1和第一二极管D1的连接点以及第五开关管Q5和第五二极管D5的连接点之间，第四电感L4设置于第三开关管Q3和第三二极管D3的连接点以及第七开关管Q7和第七二极管D7的连接点之间。

第二单向升降压直流变换单元400中，双向DCDC变换电路电池侧的正极Vbat+还与第二二极管D2的负极相连，第二二极管D2的正极依次通过第二开关管Q2和第四开关管Q4与第四二极管D4的负极相连，第四二极管D4的正极与双向DCDC变换电路电池侧的负极Vbat-相连；双向DCDC变换电路母线侧的正极Vbus+通过第六开关管Q6与第六二极管D6的负极相连，第六二极管D6的正极与第八二极管D8的负极相连，第八二极管D8的正极通过第八开关管Q8与双向DCDC变换电路母线侧的负极Vbus-相连。第二电感L2设置于第二开关管Q2和第二二极管D2的连接点以及第六开关管Q6和第六二极管D6的连接点之间，第三电感L3设置于第四开关管Q4和第四二极管D4的连接点以及第八开关管Q8和第八二极管D8的连接点之间。

第一电容C1并联于第一开关管Q1与第一二极管D1组成的桥臂的两端，还并联于第二开关管Q2和第二二极管D2组成的桥臂的两端；第二电容C2并联于第三开关管Q3和第三二极管D3组成的桥臂的两端，还并联于第四开关管Q4和第四二极管D4组成的桥臂的两端；第三电容C3并联于第五开关管Q5和第五二极管D5组成的桥臂的两端，还并联于第六开关管Q6和第六二极管D6组成的桥臂的两端；第四电容C4并联于第七开关管Q7和第七二极管D7组成的桥臂的两端，还并联于第八开关管Q8和第八二极管D8组成的桥臂的两端。

该双向DCDC变换电路的工作原理如下：

当双向DCDC变换电路处于放电状态时，第一单向升降压直流变换单元300处于工作状态；若双向DCDC变换电路电池侧正极Vbat+和电池侧负极Vbat-之间的电压低于自身母线侧正极Vbus+和母线侧负极Vbus-之间的电压，则第一单向升降压直流变换单元300处于升压工作模式；在升压工作模式中，第一开关管Q1和第三开关管Q3恒开通，第五开关管Q5和第七开关管Q7同步高频工作，即第五开关管Q5和第七开关管Q7在开通和关断两个状态中同步高频切换。

因此，升压工作模式包括两种工作状态，第一种工作状态，如图6a所示，具体为：

在该工作状态中，第一开关管Q1、第三开关管Q3、第五开关管Q5和第七开关管Q7均开通，第一二极管D1、第三二极管D3、第五二级管和第七二极管D7处于截止状态，电流从双向DCDC变换电路电池侧正极Vbat+流出，流经第一开关管Q1、第一电感L1、第五开关管Q5、第七开关管Q7、第四电感L4、第三开关管Q3，最后流回双向DCDC变换电路电池侧负极Vbat-，此时第一电感L1和第四电感L4电流线性上升。

升压工作模式中的第二种工作状态，如图6b所示，具体为：

在该工作状态中，第一开关管Q1和第三开关管Q3开通，第一二极管D1和第三二极管D3处于截止状态，第五开关管Q5和第七开关管Q7关断，第五二极管D5和第七二极管D7处于续流开通状态，电流从双向DCDC变换电路电池侧正极Vbat+流出，流经第一开关管Q1、第一电感L1、第五二极管D5、第三电容C3、第四电容C4、第七二极管D7、第四电感L4、第三开关管Q3，最后流回双向DCDC变换电路电池侧负极Vbat-，此时第一电感L1和第四电感L4电流线性下降。

需要说明的是，第一单向升降压直流变换单元300在这两种工作状态中高频切换，最终可以实现对双向DCDC变换电路电池侧电能进行升压变换的目的。

若双向DCDC变换电路电池侧正极Vbat+和电池侧负极Vbat-之间的电压大于自身母线侧正极Vbus+和母线侧负极Vbus-之间的电压，则第一单向升降压直流变换单元300处于降压工作模式；在降压工作模式中，第五开关管Q5和第七开关管Q7恒关断，第一开关管Q1和第三开关管Q3同步高频工作，即，第一开关管Q1和第三开关管Q3在开通和关断两个状态中同步高频切换。

因此，降压工作模式包括两种工作状态，第一种工作状态，如图7a所示，具体为：

在该工作状态中，第一开关管Q1和第三开关管Q3开通，第一二极管D1和第三二极管D3处于截止状态，第五开关管Q5和第七开关管Q7关断，第五二极管D5和第七二极管D7处于续流开通状态，电流从双向DCDC变换电路电池侧正极Vbat+流出，流经第一开关管Q1、第一电感L1、第五二极管D5、第三电容C3、第四电容C4、第七二极管D7、第四电感L4、第三开关管Q3，最后流回双向DCDC变换电路电池侧负极Vbat-，此时第一电感L1和第四电感L4电流线性上升。

降压工作模式中的第二种工作状态，如图7b所示，具体为：

第一开关管Q1、第二开关管Q2、第五开关管Q5和第七开关管Q7均关断，第一二极管D1、第二二极管D2、第五二极管D5和第七二极管D7均处于续流开通状态，电流依次流经第一二极管D1、第一电感L1、第五二极管D5、第三电容C3、第四电容C4、第七二极管D7、第四电感L4、第三二极管D3，构成续流回路，此时第一电感L1和第四电感L4电流线性下降。

需要说明的是，第一单向升降压直流变换单元300在这两种工作状态中高频切换，最终可以实现对双向DCDC变换电路电池侧电能进行降压变换的目的。

若双向DCDC变换电路电池侧正极Vbat+和电池侧负极Vbat-之间的电压等于自身母线侧正极Vbus+和母线侧负极Vbus-之间的电压，则第一单向升降压直流变换单元300处于直通工作模式；在直通工作模式中，第一开关管Q1和第三开关管Q3恒开通，第五开关管Q5和第七开关管Q7恒关断，因此直通工作模式只包括一种工作状态，如图8所示，具体为：

在该工作状态中，第一开关管Q1和第三开关管Q3开通，第一二极管D1和第三二极管D3处于截止状态，第五开关管Q5和第七开关管Q7关断，第五二极管D5和第七二极管D7处于续流开通状态，电流从双向DCDC变换电路电池侧正极Vbat+流出，流经第一开关管Q1、第一电感L1、第五二极管D5、第三电容C3、第四电容C4、第七二极管D7、第四电感L4、第三开关管Q3，最后流回双向DCDC变换电路电池侧负极Vbat-，从而可以实现将双向DCDC变换电路电池侧电能直通输送至双向DCDC变换电路母线侧的目的。

当双向DCDC变换电路处于充电状态时，第二单向升降压直流变换单元400处于工作状态；若双向DCDC变换电路电池侧正极Vbat+和电池侧负极Vbat-之间的电压低于自身母线侧正极Vbus+和母线侧负极Vbus-之间的电压，则第二单向升降压直流变换单元400处于升压工作模式；其中，第二单向升降压直流变换单元400的升压工作模式，包括两种工作状态，分别如图9a和图9b所示，不过由于第二单向升降压直流变换单元400的升压工作模式与第一单向升降压直流变换单元300相同，所以，可参考第一单向升降压直流变换单元300得到，此处不再赘述。

若双向DCDC变换电路电池侧正极Vbat+和电池侧负极Vbat-之间的电压高于自身母线侧正极Vbus+和母线侧负极Vbus-之间的电压，则第二单向升降压直流变换单元400处于降压工作模式；包括两种工作状态，分别如图10a和图10b所示，不过由于第二单向升降压直流变换单元400的降压工作模式与第一单向升降压直流变换单元300相同，所以，可参考第一单向升降压直流变换单元300得到，此处不再赘述。

若双向DCDC变换电路电池侧正极Vbat+和电池侧负极Vbat-之间的电压等于自身母线侧正极Vbus+和母线侧负极Vbus-之间的电压，则第二单向升降压直流变换单元400处于直通工作模式，包括一种工作状态，如图11所示，不过由于第二单向升降压直流变换单元400的直通工作模式与第一单向升降压直流变换单元300相同，所以，可参考第一单向升降压直流变换单元300得到，此处不再赘述。

本申请另一实施例提供一种储能变流器，其具体结构如图12所示，包括：检测单元510、控制单元520、多个驱动电路530以及一个上述实施例提供的双向DCDC变换电路540。

在该储能变流器中，双向DCDC变换电路540的一侧作为该储能变流器的电池侧，与储能设备两极对应连接，双向DCDC变换电路540的另一侧作为储能变流器的母线侧，与上级系统的直流母线相连；各个驱动电路530的输入端与控制单元520的各个输出端一一对应连接，各个驱动电路530的输出端与双向DCDC变换电路540中各个开关管支路的控制端一一对应连接；控制单元520的通信端作为储能变流器的对外通信端，与上级控制器通信连接。

其中，检测单元510用于在控制单元520的控制下，分别对双向DCDC变换电路540各侧的电流电压值进行检测。

双向DCDC变换电路540的结构及工作原理参见上述实施例即可，不再赘述。

本申请另一实施例提供一种充电控制方法，应用于上一实施例提供的储能变流器中的控制单元520，使控制单元520可以通过相应驱动电路530控制双向DCDC变换电路完成双向升降压直流变换以及双向直通输出功能。该充电控制方法的具体流程，如图13所示，包括以下步骤：

S110、根据储能设备的运行状态确定储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元。

需要说明的是，储能设备的运行状态包括：放电状态和充电状态；当储能设备处于放电状态时，储能变流器中双向DCDC变换电路处于放电状态；当储能设备处于充电状态时，储能变流器中双向DCDC变换电路处于充电状态。

具体而言，本实施例还提供步骤S110的一种具体实施方式，该实施方式的具体流程如图14所示，包括以下步骤：

S210、判断储能设备的运行状态是否是充电状态；

若储能设备的运行状态是充电状态，则执行步骤S220；若储能设备的运行状态是充电状态，则执行步骤S230。

S220、以输入端与储能变流器的母线侧相连的单向升降压直流变换单元，作为储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元。

例如，在如图3所示的实施例中，若储能设备的运行状态是充电状态，则以第一单向升降压直流变换单元300作为储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元。

S230、以输入端与储能变流器的电池侧相连的单向升降压直流变换单元，作为储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元。

例如，在如图3所示的实施例中，若储能设备的运行状态是放电状态，则以第二单向升降压直流变换单元400作为储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元。

S120、根据处于工作状态的单向升降压直流变换单元的输入端电压和输出端电压，确定处于工作状态的单向升降压直流变换单元的工作模式。

若处于工作状态的单向升降压直流变换单元的工作模式为升压模式，则执行步骤S130；若处于工作状态的单向升降压直流变换单元的工作模式为降压模式，则执行步骤S140；若处于工作状态的单向升降压直流变换单元的工作模式为直通模式，则执行步骤S150。

S130、控制处于工作状态的单向升降压直流变换单元中，处于输入端正负极之间的两个桥臂内开关管恒开通、处于输出端正负极之间的两个桥臂内开关管同步高频工作。

例如，在如图5a所示的实施例中，当以第一单向升降压直流变换单元300作为储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元时，控制第一开关管Q1和第三开关管Q3恒开通、第五开关管Q5和第七开关管Q7同步高频工作；当以第二单向升降压直流变换单元400作为储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元时，控制第六开关管Q6和第八开关管Q8恒开通、第二开关管Q2和第四开关管Q4同步高频工作。

S140、控制处于工作状态的单向升降压直流变换单元中，处于输出端正负极之间的两个桥臂内开关管恒关断、处于输入端正负极之间的两个桥臂内开关管同步高频工作。

例如，在如图5a所示的实施例中，当以第一单向升降压直流变换单元300作为储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元时，控制第五开关管Q5和第七开关管Q7恒关断、第一开关管Q1和第三开关管Q3同步高频工作；当以第二单向升降压直流变换单元400作为储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元时，控制第二开关管Q2和第四开关管Q4恒关断、第六开关管Q6和第八开关管Q8同步高频工作。

S150、控制处于工作状态的单向升降压直流变换单元中，处于输入端正负极之间的两个桥臂内开关管恒开通、处于输出端正负极之间的两个桥臂内开关管恒关断。

例如，在如图5a所示的实施例中，当以第一单向升降压直流变换单元300作为储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元时，控制第一开关管Q1和第三开关管Q3恒开通，控制第五开关管Q5和第七开关管Q7恒关断；当以第二单向升降压直流变换单元400作为储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元时，控制第六开关管Q6和第八开关管Q8恒开通，控制第二开关管Q2和第四开关管Q4恒关断。

本申请实施例还提供步骤S120的一种具体实施方式，其具体流程如图15所示，包括以下步骤：

S310、判断处于工作状态的单向升降压直流变换单元的输入端电压和输出端电压的大小关系。

若处于工作状态的单向升降压直流变换单元的输入端电压小于自身输出端电压，则执行步骤S320；若处于工作状态的单向升降压直流变换单元的输入端电压大于自身输出端电压，则执行步骤S330；若处于工作状态的单向升降压直流变换单元的输入端电压等于自身输出端电压，则执行步骤S340。

S320、判定处于工作状态的单向升降压直流变换单元的工作模式为升压模式。

S330、判定处于工作状态的单向升降压直流变换单元的工作模式为降压模式。

S340、判定处于工作状态的单向升降压直流变换单元的工作模式为直通模式。

需要说明的是，处于工作状态的单向升降压直流变换单元的升压模式、降压模式和直通模式均已在如图5a所示的实施例中进行过详细说明，此处不再赘述。

本申请另一实施例提供一种储能发电系统，其具体结构如图16所示，包括：储能设备10、光伏发电装置20、逆变器30、控制器40和上述实施例提供的储能变流器50。

其中，光伏发电装置20的输出侧通过直流母线与逆变器30的直流侧相连，逆变器30的交流侧与电网输入侧相连；储能设备10的两极与储能变流器50的电池侧两极对应相连，储能变流器50的母线侧与直流母线相连；控制器40分别与逆变器30和储能变流器50通信连接。

储能变流器50的结构及工作原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (14)

1.一种双向DCDC变换电路，其特征在于，包括：两个电容支路以及两个单向升降压直流变换单元；其中：

两个所述单向升降压直流变换单元反向并联，并联一端的两极之间设置有一个所述电容支路，并联另一端的两极之间设置有另一个所述电容支路；

每个所述单向升降压直流变换单元均包括串联连接于自身输入端正负极之间的两个桥臂以及串联连接于自身输出端正负极之间的两个桥臂，每个所述桥臂均包括反向串联的开关管支路和二极管支路。

2.根据权利要求1所述的双向DCDC变换电路，其特征在于，在与所述单向升降压直流变换单元输入端正极相连的所述桥臂中，所述开关管支路的输出端与所述二极管支路的输出端相连，连接点作为对应所述桥臂的中点，所述开关管支路的输入端与所述单向升降压直流变换单元的输入端正极相连；

在与所述单向升降压直流变换单元输出端负极相连的所述桥臂中，所述开关管支路的输出端与所述二极管支路的输出端相连，连接点作为对应所述桥臂的中点，所述二极管支路的输入端与所述单向升降压直流变换单元的输出端负极相连；

在与所述单向升降压直流变换单元输入端负极相连的所述桥臂中，所述开关管支路的输入端与所述二极管支路的输入端相连，连接点作为对应所述桥臂的中点，所述开关管支路的输出端与所述单向升降压直流变换单元的输入端负极相连；

在与所述单向升降压直流变换单元输出端正极相连的所述桥臂中，所述开关管支路的输入端与所述二极管支路的输入端相连，连接点作为对应所述桥臂的中点，所述二极管支路的输出端与所述单向升降压直流变换单元的输出端正极相连。

3.根据权利要求1所述的双向DCDC变换电路，其特征在于，每个所述单向升降压直流变换单元，还包括：两个电感支路；其中：

每个所述桥臂中，所述开关管支路和所述二极管支路的连接点作为对应所述桥臂的中点；

一个所述电感支路设置于：与对应所述单向升降压直流变换单元输入端正极相连所述桥臂的中点和与对应所述单向升降压直流变换单元输出端正极相连所述桥臂的中点之间；

另一个所述电感支路设置于：与对应所述单向升降压直流变换单元输入端负极相连所述桥臂的中点和与对应所述单向升降压直流变换单元输出端负极相连所述桥臂的中点之间。

4.根据权利要求3所述的双向DCDC变换电路，其特征在于，所述电感支路由串联连接的P个电感组成，其中，P为正整数。

5.根据权利要求3所述的双向DCDC变换电路，其特征在于，每个所述单向升降压直流变换单元中的两个所述电感支路均为一个集成耦合电感。

6.根据权利要求1-5任一所述的双向DCDC变换电路，其特征在于，每个所述电容支路，包括：串联连接的2N个电容；N为正整数；其中：

靠近所述电容支路一端的N个电容与靠近所述电容支路另一端的N个电容的连接点作为所述电容支路的中点。

7.根据权利要求6所述的双向DCDC变换电路，其特征在于，在每个所述单向升降压直流变换单元中，串联连接于对应所述单向升降压直流变换单元输入端正负极之间的两个桥臂的连接点与对应电容支路的中点相连；

串联连接于对应所述单向升降压直流变换单元输出端正负极之间的两个桥臂的连接点与对应电容支路的中点相连。

8.根据权利要求1-5任一所述的双向DCDC变换电路，其特征在于，所述开关管支路，包括：M个开关管；M为正整数；其中：

M个所述开关管均设置于所述开关管支路的输入端和所述开关管支路的输出端之间，每个所述开关管与其他所述开关管中的至少一个所述开关管串联连接或者并联连接；

M个所述开关管的控制端相连，连接点作为所述开关管支路的控制端。

9.根据权利要求1-5任一所述的双向DCDC变换电路，其特征在于，所述二极管支路，包括：Z个二极管；Z为正整数；其中：

Z个所述二极管顺次串联连接，串联的输入端作为所述二极管支路的输入端，串联的输出端作为所述二极管支路的输出端。

10.一种储能变流器，其特征在于，包括：检测单元、控制单元、多个驱动电路以及一个如权利要求1-9任一所述的双向DCDC变换电路；其中：

所述双向DCDC变换电路的一侧作为所述储能变流器的电池侧，与储能设备两极对应连接，所述双向DCDC变换电路的另一侧作为所述储能变流器的母线侧，与上级系统的直流母线相连；

所述检测单元用于在所述控制单元的控制下，分别对所述双向DCDC变换电路各侧的电流电压值进行检测；

各个所述驱动电路的输入端与所述控制单元的各个输出端一一对应连接，各个所述驱动电路的输出端与所述双向DCDC变换电路中各个开关管支路的控制端一一对应连接；

所述控制单元的通信端作为所述储能变流器的对外通信端，与上级控制器通信连接。

11.一种充放电控制方法，其特征在于，应用于如权利要求10所述的储能变流器中的控制单元，所述充放电控制方法，包括：

根据储能设备的运行状态确定所述储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元；

根据处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元的输入端电压和输出端电压，确定处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元的工作模式；

若所述工作模式为升压模式，则控制处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元中，处于输入端正负极之间的两个桥臂内开关管恒开通、处于输出端正负极之间的两个桥臂内开关管同步高频工作；

若所述工作模式为降压模式，则控制处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元中，处于输出端正负极之间的两个桥臂内开关管恒关断、处于输入端正负极之间的两个桥臂内开关管同步高频工作；

若所述工作模式为直通模式，则控制处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元中，处于输入端正负极之间的两个桥臂内开关管恒开通、处于输出端正负极之间的两个桥臂内开关管恒关断。

12.根据权利要求11所述的充放电控制方法，其特征在于，根据储能设备的运行状态确定所述储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元，包括：

若所述储能设备的运行状态为充电状态，则以输入端与所述储能变流器的母线侧相连的单向升降压直流变换单元，作为所述储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元；

若所述储能设备的运行状态为放电状态，则以输入端与所述储能变流器的电池侧相连的单向升降压直流变换单元，作为所述储能变流器中处于工作状态的单向升降压直流变换单元。

13.根据权利要求11所述的充放电控制方法，其特征在于，根据处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元的输入端电压和输出端电压，确定处于工作状态的所述单向升降压直流变换单元的工作模式，包括：

若所述输入端电压小于所述输出端电压，则判定所述工作模式为升压模式；

若所述输入端电压大于所述输出端电压，则判定所述工作模式为降压模式；

若所述输入端电压等于所述输出端电压，则判定所述工作模式为直通模式。

14.一种光伏储能发电系统，其特征在于，包括：储能设备、光伏发电装置、逆变器、控制器和如权利要求10所述的储能变流器；其中：

所述光伏发电装置的输出侧通过直流母线与所述逆变器的直流侧相连，所述逆变器的交流侧与电网输入侧相连；

所述储能设备的两极与所述储能变流器的电池侧两极对应相连，所述储能变流器的母线侧与所述直流母线相连；

所述控制器分别与所述逆变器和所述储能变流器通信连接。

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