CN114944764A - 一种隔离型三端口交直流变换器拓扑 - Google Patents

一种隔离型三端口交直流变换器拓扑 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，包括光伏/储能端口滤波电容、变压器原边全桥电路、高频变压器及漏感、变压器副边双向开关半桥电路、输出串联电容、变压器副边相间反向串联开关管；所述光伏/储能端口滤波电容用于滤除光伏和/或储能端口上流过的高频电流分量；本发明使用单变换器即可实现三个端口间的波形逆变、电压变换、功率传输等功能，所用变换器数量较少，元件也较少，故成本较低。同时，光伏板产生的能量仅需一级变换即可流向负载，变换器效率更高。

Description

一种隔离型三端口交直流变换器拓扑
技术领域
本发明属于电力电子装置技术领域，具体涉及一种隔离型三端口交直流变换器拓扑。
背景技术
新能源的发电方式将取代以火力发电为代表的高污染、高碳排发电形式，成为主流的发电形式。户用光伏发电系统是新能源分布式发电系统中的重要环节。因受限于天气、光照等因素的影响，光伏发电系统中往往需要添加储能装置以起到能量缓冲的作用。当前在户用场景下的光储一体系统中，电力电子变换器系统往往由分立的储能端口变换器、光伏端口变换器及逆变器构成。多个分立变换器组成的光储一体系统中变换器数量多、功率传输级数多，导致高成本、大体积和低效率。同时，这些变换器本身往往采用非隔离型拓扑，但因为国家标准，负载侧又需要实现隔离，故并网/负载端口往往需要通过笨重庞大的工频变压器接入电网/负载。最终整个光储一体系统成本高、效率低、可靠性差且空间占用大。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种隔离型三端口交直流变换器拓扑。该变换器使用较少的元件数量(等同于单个变换器的元件数量)，集成了光伏发电端口、储能端口及交流负载端口，可实现三个端口间功率流动的独立控制。因为变压器的工作频率较高，故变换器的体积较小，空间占用少。
本发明的目的是由以下技术方案实现的：
一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，包括光伏/储能端口滤波电容、变压器原边全桥电路、高频变压器及漏感、变压器副边双向开关半桥电路、输出串联电容、变压器副边相间反向串联开关管；
所述光伏/储能端口滤波电容用于滤除光伏和/或储能端口上流过的高频电流分量；
所述变压器原边全桥电路的直流侧与所述光伏/储能端口滤波电容并联；所述变压器原边全桥电路的A、B两点之间连接所述高频变压器及漏感的高频变压器的原边；
所述的高频变压器及漏感包括原边线圈、副边线圈、铁芯及串联漏感；原边线圈两端连接在所述变压器原边全桥电路的A、B两点，副边线圈两端分别连接在变压器副边双向开关半桥电路的中点和输出串联电容的中点；
所述的变压器副边双向开关半桥电路包括开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4；其中开关器件Q1与开关器件Q2反向串联形成一对双向开关管，开关器件Q3与开关器件Q4反向串联形成一对双向开关管，两对双向开关管再串联，串联的中点为C点；C点与高频变压器副边线圈的一端连接；
所述的输出串联电容由两个等值的电容C3与电容C4串联而成，电容C3 与电容C4连接中点为D点；D点连接在变压器副边线圈的另一端；
所述变压器副边相间反向串联开关管由两个开关器件Q5与开关器件Q6反向串联而成，开关器件Q5与开关器件Q6组成的一对双向开关并联在高频变压器副边，一端连接在C点，另一端连接在D点；
所述的输出串联电容的两端并联负载。
作为本发明的进一步改进，还包括储能端口并联电感；所述的储能端口并联电感由两个电感L1与电感L2组成；电感L1与电感L2的一端共同连接在储能端口的正极，另一端分别连接在全桥电路两个桥臂的中点A、B上；电感L1、电感L2与全桥电路共同构成两个并联的双向Buck/Boost拓扑。
作为本发明的进一步改进，所述的光伏/储能端口滤波电容包含电容C1与电容C2，电容C1与电容C2分别并联在第一端口、第二端口两端；第一端口为光伏发电板接入端口，第二端口为储能电池接入端口。
作为本发明的进一步改进，所述的光伏/储能端口滤波电容包含电容C1与电容C2，光伏端口及光伏端口并联的电容C1与储能端口及储能端口并联的电容C2串联，串联的中点与电感L1、电感L2的一端相连接，光伏端口、储能端口、两个电感和两个半桥构成了两个并联的Buck-Boost变换器。
作为本发明的进一步改进，所述的光伏/储能端口滤波电容包含电容C1、电容C2和开关SW；
光伏端口与一个二极管D串联后再与电容C1并联；开关SW一端连接在光伏端口与二极管串联的中点，另一端连接在储能端口的正极。
作为本发明的进一步改进，所述的光伏/储能端口滤波电容包含电容C1与电容C2，电容C1与变压器原边全桥电路并联；储能端口与电容C2并联，且一端与电感L1与电感L2的一端连接，另一端与电容C1的负极连接。
作为本发明的进一步改进，所述的光伏/储能端口滤波电容包含电容C1，电容C1与光伏端口并联。
作为本发明的进一步改进，所述的变压器原边全桥电路包括四个开关器件 S1、开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4组成，其中开关器件S1与开关器件S2组成一个半桥，桥臂中点为A，开关器件S3与开关器件S4组成另一个半桥，桥臂中点为B，开关器件S1与开关器件S3的漏极连接在一起成为全桥电路的直流侧正极，开关器件S2与开关器件S4的源极连接在一起成为全桥电路的直流侧负极。全桥电路的直流侧与光伏端口并联；全桥电路A、B两点之间连接高频变压器的原边。
作为本发明的进一步改进，所述的高频变压器及漏感的变压器上的串联漏感Lk为高频变压器自身的漏感或外接的电感；所述电感串联在变压器的原边或副边。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将光伏端口、储能端口、交流负载端口集成到一个变换器里，可同时接入光伏发电板、储能电池、交流负载，任意控制端口间的功率流动。相比于传统的多变换器光储一体系统，本发明使用单变换器即可实现三个端口间的波形逆变、电压变换、功率传输等功能，所用变换器数量较少，元件也较少，故成本较低。同时，光伏板产生的能量仅需一级变换即可流向负载，变换器效率更高。传统逆变器采用非隔离逆变拓扑后接工频变压器以实现隔离与逆变的功能。本发明使用高频变压器后接高频逆变电路以将高频变压器副边的高频交流电压直接变换成工频交流电压。相比于传统逆变器，本发明在实现了隔离和变压效果的同时，使变换器的成本和尺寸大大降低。相比于传统隔离型高频链逆变电路，本发明不需要将高频变压器副边电压先整流成直流电压再逆变成交流电压，而是直接将副边电压逆变成工频交流电压，省去了直流环节的大滤波电容，减少了功率流经级数与半导体器件数量，提升了效率并降低了成本。本发明可应用于户用小功率情况下需要光储一体系统的场合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图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是本发明一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，拓扑中的光伏端口和储能端口以Buck/Boost方式连接的拓扑结构图；
图2是本发明一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，拓扑中的光伏端口和储能端口以Buck-Boost方式连接的拓扑结构图；
图3是本发明一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，拓扑中的光伏端口和储能端口以可切换方式连接的拓扑结构图；
图4是本发明一种隔离型三端口交直流变换器拓扑工作在光伏端口输入和交流负载输出两端口模式下拓扑结构图；
图5是本发明一种隔离型三端口交直流变换器拓扑工作在储能端口输入和交流负载输出两端口模式下拓扑结构图。
图6是本发明一种隔离型三端口交直流变换器拓扑使用仿真软件MATLAB 的Simulink进行仿真的波形1，以验证拓扑可行性。
图7是本发明一种隔离型三端口交直流变换器拓扑使用仿真软件MATLAB 的Simulink进行仿真的波形2，以验证拓扑可行性。
图8是本发明一种隔离型三端口交直流变换器拓扑使用仿真软件MATLAB 的Simulink进行仿真的波形3，以验证拓扑可行性。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合附图及具体的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的范围。
本发明提供一种隔离型三端口交直流变换器拓扑。其拓扑由开关管、电容、电感及高频隔离变压器组成。该变换器使用较少的元件数量(等同于单个变换器的元件数量)，集成了光伏发电端口、储能端口及交流负载端口，可实现三个端口间功率流动的独立控制。光伏、储能、负载三个端口间只需一级便可完成功率传输，变换器的效率也得到了提升。其中负载端口可直接输出交流电压。负载侧(负载端口)和光储侧(光伏端口与储能端口)通过高频隔离变压器实现隔离。变压器既有升压功能，又提供了隔离作用。同时，因为变压器的工作频率较高，故变换器的体积较小，空间占用少。
本发明的一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，包括光伏/储能端口滤波电容1、变压器原边全桥电路3、高频变压器及漏感4、变压器副边双向开关半桥电路5、输出串联电容7、变压器副边相间反向串联开关管6；
所述光伏/储能端口滤波电容1用于滤除光伏和/或储能端口上流过的高频电流分量；
所述变压器原边全桥电路3的直流侧与所述光伏/储能端口滤波电容1并联；所述变压器原边全桥电路3的A、B两点之间连接所述高频变压器及漏感4的高频变压器的原边；
所述的高频变压器及漏感4包括原边线圈、副边线圈、铁芯及串联漏感；原边线圈两端连接在所述变压器原边全桥电路3的A、B两点，副边线圈两端分别连接在变压器副边双向开关半桥电路5的中点和输出串联电容7的中点；
所述的变压器副边双向开关半桥电路5包括开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4；其中开关器件Q1与开关器件Q2反向串联形成一对双向开关管，开关器件Q3与开关器件Q4反向串联形成一对双向开关管，两对双向开关管再串联，串联的中点为C点；C点与高频变压器副边线圈的一端连接；
所述的输出串联电容7由两个等值的电容C3与电容C4串联而成，电容C3与电容C4连接中点为D点；D点连接在变压器副边线圈的另一端；
所述变压器副边相间反向串联开关管6由两个开关器件Q5与开关器件Q6 反向串联而成，开关器件Q5与开关器件Q6组成的一对双向开关并联在高频变压器副边，一端连接在C点，另一端连接在D点；
所述的输出串联电容7的两端并联负载。
其拓扑由开关管、电容、电感及高频隔离变压器组成。该变换器使用较少的元件数量(等同于单个变换器的元件数量)，集成了光伏发电端口、储能端口及交流负载端口，可实现三个端口间功率流动的独立控制。光伏、储能、负载三个端口间只需一级便可完成功率传输，变换器的效率也得到了提升。其中负载端口可直接输出交流电压。负载侧(负载端口)和光储侧(光伏端口与储能端口)通过高频隔离变压器实现隔离。变压器既有升压功能，又提供了隔离作用。同时，因为变压器的工作频率较高，故变换器的体积较小，空间占用少。
作为可选的实施例，具体方案为：一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，包括光伏/储能端口滤波电容1、变压器原边全桥电路3、储能端口并联电感2、高频变压器及漏感4、变压器副边双向开关半桥电路5、输出串联电容7、变压器副边相间反向串联开关管6；
所述的光伏/储能端口滤波电容1包含电容C1与电容C2，分别并联在第一端口、第二端口两端。第一端口为光伏发电板接入端口，简称为光伏端口，端口电压记为V1，第二端口为储能电池接入端口，简称为储能端口，端口电压记为V2。电容C1与电容C2用于滤除这两个端口上流过的高频电流分量。
所述的变压器原边全桥电路3由四个开关器件S1、开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4组成，其中开关器件S1与开关器件S2组成一个半桥，桥臂中点为A，开关器件S3与开关器件S4组成另一个半桥，桥臂中点为B，开关器件S1与开关器件S3的漏极连接在一起成为全桥电路的直流侧正极，开关器件S2与开关器件S4的源极连接在一起成为全桥电路的直流侧负极。全桥电路的直流侧与光伏端口并联。全桥电路A、B两点之间连接高频变压器的原边。 A、B两点还分别连接两个电感L1与电感L2的一端。
所述的储能端口并联电感2由两个电感L1与电感L2组成。电感L1与电感L2的一端共同连接在储能端口的正极，另一端分别连接在全桥电路两个桥臂的中点A、B上。电感L1、电感L2与全桥电路，共同构成两个并联的双向 Buck/Boost拓扑。
所述的高频变压器及漏感4包括原边线圈、副边线圈、铁芯及串联漏感。原边线圈两端连接在原边全桥A、B两点，副边线圈两端分别连接在变压器副边双向开关半桥电路5的中点和输出串联电容7的中点。变压器上的串联漏感 Lk可为高频变压器自身的漏感，或外接的电感。该电感可串联在变压器的原边或副边。
所述的变压器副边双向开关半桥电路5由开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4组成。其中开关器件Q1与开关器件Q2反向串联形成一对双向开关管，开关器件Q3与开关器件Q4反向串联形成一对双向开关管，这两对双向开关管再串联，串联的中点为C点。C点与高频变压器副边线圈的一端连接。
所述的输出串联电容7由两个等值的电容C3与电容C4串联而成，电容 C3与电容C4连接中点为D点。D点连接在变压器副边线圈的另一端。
变压器副边相间反向串联开关管6由两个开关器件Q5与开关器件Q6反向串联而成，开关器件Q5与开关器件Q6组成的一对双向开关并联在高频变压器副边，一端连接在C点，另一端连接在D点。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
请参阅图1所示，本发明一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，包括：光伏/储能端口滤波电容1、变压器原边全桥电路3、储能端口并联电感2、高频变压器及漏感4、变压器副边双向开关半桥电路5、输出串联电容7、变压器副边相间反向串联开关管6。
(1)光伏/储能端口滤波电容1由两个大容量电解电容C1与电容C2组成。两电容分别并联在光伏端口与储能端口两端，用于滤除流经光伏端口及储能端口的高频电流分量，保证两端口上电压的稳定。
(2)储能端口并联电感2由两个储能电感L1与电感L2组成。两电感一端共同连接在储能端口的正极，另一端分别接在变压器原边全桥电路3中两半桥电路的中点。两个电感和两半桥电路构成两个并联的双向Buck/Boost变换器。两个并联的双向Buck/Boost变换器工作模式完全一致。当功率从储能端口流出时，电感L1或电感L2与相连的半桥电路构成Boost的工作模式。此时变压器原边全桥电路3的直流侧电压高于储能端口电压。每个半桥的上下两开关器件互补导通以使电感充放电，使功率从储能端口流向变压器原边全桥电路3的直流侧，再经过高频变压器流向负载端口。通过改变同一半桥上下两开关器件的互补导通时间，可调节储能端口到变压器原边全桥电路3直流侧电压的变比，从而调节功率流动。当功率流入储能端口时，两半桥和电感工作于Buck模式。此时变换器工作方式同上述Boost模式，区别只是电感上电流方向反转，功率从变压器原边全桥电路3的直流侧经降压流向储能端口。此时因为工作方式的限制，V1电压高于V2电压。
(3)变压器原边全桥电路3由四个开关器件S1、开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4组成，开关器件S1与开关器件S2顺向串联，开关器件S3与开关器件S4顺向串联，两串联中点作为两半桥中点A、B。两半桥并联成为变压器原边的全桥，开关器件S1与开关器件S3的漏极称为全桥电路的直流侧正极，开关器件S2与开关器件S4的源极称为全桥电路的直流侧负极，变压器原边全桥电路3的直流侧并联在光伏端口两端。全桥电路的两个半桥和电感L1与电感L2构成两个并联的双向Buck/Boost变换器，具体工作过程在上文已经描述。与一般全桥拓扑不同，此处全桥电路的两个半桥中同一半桥的上下开关器件虽然互补导通，但导通时间不一致。全桥电路的两半桥之间开关器件的工作方式一致，但两者间相移角度即原边拓扑的内移相角可以进行调节。通过调节该移相角，可以改变原边相间电压的三电平波形，从而对功率的传输及高频变压器及漏感4上流过的电流波形造成影响。原边相间电压记为Vp。
(4)高频变压器及漏感4由高频变压器与自身漏感或外部串联的电感Lk 组成。Lk可串联在高频变压器原边或副边，没有区别。高频变压器的原边线圈串联漏感Lk(当Lk串联在原边时)接在变压器原边全桥电路3两半桥的中点 A、B上，变压器副边线圈两端分别接在变压器副边双向开关半桥电路5中点 C与输出串联电容7中点D上。AB两点间电压Vp和CD两点间电压Vs通过高频变压器变压之后加在交流电感Lk上。Vp的波形由变压器原边拓扑的内移相角决定。Vs的波形由变压器副边拓扑的内移相角决定。Vp与Vs之间相移角度由原副边拓扑间的相移角度决定，记为外移相角。Vp与Vs之间的外移相角和各自的波形共同决定从高频变压器原边传输到副边的功率及高频变压器上流过的电流iLK。
(5)变压器副边双向开关半桥电路5由开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4四个开关器件构成。其中开关器件Q1与开关器件Q2 反向串联形成双向开关，开关器件Q3与开关器件Q4反向串联形成双向开关，这两对双向开关再串联形成双向开关半桥电路5，半桥中点记为C。因变换器工作于高频开关状态，开关周期相对于V3上的工频交流周期很小，可将一个开关周期内的V3视为恒定。当负载电压(记为V3)为正向时，开关器件Q2 与开关器件Q4长通，开关器件Q1与开关器件Q2工作在半桥模式——开关器件Q1导通时，Vs电压即电容C3电压，为正的二分之负载电压；开关器件Q3 导通时，Vs电压即负向的电容C4电压，为负的二分之负载电压；开关器件Q1 与开关器件Q3都关断，开关器件Q5和开关器件Q6导通时，Vs被短路，电压为0。为使高频变压器无偏磁，开关器件Q1与开关器件Q3的导通时间一致，开关器件Q5与开关器件Q6在开关周期内的剩余时间导通。Vs电压通过连接在变压器副边的拓扑可被调制为三电平波形。改变各开关器件的导通时间就能改变Vs的形状。当负载电压为负向时，开关器件Q1与开关器件Q3长通，开关器件Q2与开关器件Q4工作在极性反转的半桥模式，此时V3正负翻转，开关器件Q2、开关器件Q4、开关器件Q5、开关器件Q6的工作模式类似负载电压为正向的工作模式。无论负载电压的正负，Vs都可被调制成正负对称的三电平波形。
(6)变压器副边相间反向串联开关管6由开关器件Q5、开关器件Q6两个开关管构成。开关器件Q5、开关器件Q6两个开关管反向串联形成双向开关，该双向开关连接在C、D两点间。当Vs需要被调制为零电平时，开关器件Q5、开关器件Q6被导通，使高频变压器副边被短路，电流可双向流过开关器件Q5 与开关器件Q6。当Vs上需要有电压时，开关器件Q5与开关器件Q6被关断，避免电容C3或电容C4短路。变压器副边相间反向串联开关管6与变压器副边双向开关半桥电路5一起，调节Vs的波形形状，以调控输出功率和电流iLK 波形。
(7)输出串联电容7由电容C3与电容C4构成。两电容都选用小容量、可耐高压的MLCC电容或高压薄膜电容，串联形成变换器的输出电容。电容 C3与电容C4串联中点记为D，D点接在变压器副边线圈另一端，同时与变压器副边相间反向串联开关管6一端连接。电容C3、电容C4的主要作用是将前级输出的电流中高频分量滤除，剩下工频的交流电流作为变换器的输出，维持负载电压V3的相对稳定。在一个开关周内，电容C3与电容C4上电压可看作是恒定的。两者均为二分之负载电压。在变换器的整个工作时间里，电容C3 与电容C4上电压为工频交流电压。
整个变换器的工作方式可描述如下：对于原边，全桥电路的两个半桥工作在上下开关器件互补导通的模式，上下开关器件导通的时间可调控光伏端口和储能端口之间的能量流动。两个半桥之间的移相角决定Vp的波形。对于副边，在全工作周期内，变换器负载电压V3为工频交流电压。当V3为正时，副边开关器件Q2与开关器件Q4常通，一个开关周期内V3可看作恒定，变换器副边可等效为一个开关器件Q1与开关器件Q3组成的半桥，两开关器件切换决定 Vs电压的正负。开关器件Q5与开关器件Q6导通时间则决定Vs电压的零电平时间。变压器副边拓扑中开关器件的切换，决定了Vs的相角和波形形状。当 V3为负时副边开关器件Q1与开关器件Q3常通，其他工作方式同V3为正时。最终Vs与Vp的波形形状与移相角度共同决定原边传输到副边的功率和iLK波形，实现对负载功率的控制。
实施例2
本发明的原边可以有不同的结构，结合附图2、图3进行说明。
本发明附图2的一种隔离型三端口交直流变换器拓扑的原边被构造成图示的形式。变换器的光伏端口及光伏端口并联的电容C1与储能端口及储能端口并联的电容C2串联在一起，两端口串联的中点与电感L1、电感L2的一端相连接。这种拓扑形式下，光伏端口、储能端口、两个电感和两个半桥构成了两个并联的Buck-Boost变换器(电感L1与开关器件S1与开关器件S2构成一个变换器，电感L2与开关器件S3与开关器件S4构成另一个)。相比于附图一中拓扑的光伏端口电压V1只能在高于储能端口电压V2时传输能量，这种可升降压的拓扑结构使V1在高于V2和低于V2时都能传输能量,扩宽了变换器的光伏端口和储能端口工作电压范围。
本发明附图3的一种隔离型三端口交直流变换器拓扑的原边被构造成图示的形式。变换器的光伏端口与一个二极管D串联后再与电容C1并联。开关 SW(可为手动开关或开关器件)一端连接在光伏端口与二极管串联的中点，另一端连接在储能端口的正极。储能端口与电路中其余部分的连接方式与图一中所述拓扑一致。这种拓扑形式下，光伏端口与储能端口之间功率流动的方式可自行切换。当开关SW(可为手动开关或开关器件)闭合时，二极管D被V2 反向截至，此时电路原边工作方式切换为双向Buck-Boost形式，如图2。当开关SW断开时，光伏板可通过二极管D向外输出能量，电路原边工作方式切换为双向Buck/Boost形式，如图1。
实施例3
本发明还能工作在两端口的模式下，结合附图4、附图5进行说明。
本发明附图4的一种隔离型两端口交直流变换器在一种隔离型三端口交直流变换器拓扑的基础上去除储能端口及电感L1与电感L2，变换器仅工作在光伏向负载传输能量的状态下。工作方式与三端口下光伏端口向负载端口传输能量的方式一致。
本发明附图5的一种隔离型两端口交直流变换器在一种隔离型三端口交直流变换器拓扑的基础上去除光伏端口，变换器仅工作在储能端口向负载端口传输能量的状态下。工作方式与三端口下储能端口向负载端口传输能量的方式一致。
图6、图7和图8为本发明的仿真波形图，仿真基于图1所示的拓扑。为体现变换器对端口电压的调控功能，交流负载端口及储能端口连接阻性负载。该仿真波形使用软件MATLAB的Simulink功能得到，用于说明拓扑的可行性。仿真中的电路基于附表1。
表1
Ts(变换器开关频率) 50kHz
V1(光伏端口电压) 100V
V2(储能端口电压) 40到60V
V3(负载端口电压) 220VAC(有效值)，50Hz
n(变压器变比) 2
Lk(变压器漏感) 10uH
电感L1与电感L2(储能电感) 500uH
电容C1 47uF
电容C2 22uF
电容C3与电容C4 3.3uF
交流负载端口阻性负载 100Ω
储能端口阻性负载 10Ω
图6与图7中Vo对应负载电压V3波形，Vp对应图1中Vp波形，Vs对应图1中Vs波形，il对应图1中iLK波形。附图中仿真持续时间为0.02s，即一个50Hz的电网周期，附图7截取了附图6中0.0461s附近的部分并放大处理，持续时间为5个开关周期左右。从图7中可看到，Vp电压因变压器原边两个半桥之间的移相角，以三电平形式存在。Vs电压也为三电平形式，通过变压器副边拓扑中开关器件的切换决定。Vp与Vs之间也存在移相角。Vp波形、Vs波形及两者间移相角决定了iLK波形，也决定了传输的能量。图6中可看到，输出电压可被调控为正弦电压，幅值和频率都符合要求。
图8中i电感L1与i电感L2波形对应图1中i电感L1与i电感L2电流波形，Vo对应储能端口电压V2。图中可以看到，通过调节变压器原边全桥电路 3的两个半桥上下开关器件的导通时间，V2端口的电压可被调控为所需的电压值。此时功率由光伏端口流向储能端口，故i电感L1与i电感L2为负。
以上，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，其特征在于，包括光伏/储能端口滤波电容(1)、变压器原边全桥电路(3)、高频变压器及漏感(4)、变压器副边双向开关半桥电路(5)、输出串联电容(7)、变压器副边相间反向串联开关管(6)；
所述光伏/储能端口滤波电容(1)用于滤除光伏和/或储能端口上流过的高频电流分量；
所述变压器原边全桥电路(3)的直流侧与所述光伏/储能端口滤波电容(1)并联；所述变压器原边全桥电路(3)的A、B两点之间连接所述高频变压器及漏感(4)的高频变压器的原边；
所述的高频变压器及漏感(4)包括原边线圈、副边线圈、铁芯及串联漏感；原边线圈两端连接在所述变压器原边全桥电路(3)的A、B两点，副边线圈两端分别连接在变压器副边双向开关半桥电路(5)的中点和输出串联电容(7)的中点；
所述的变压器副边双向开关半桥电路(5)包括开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4；其中开关器件Q1与开关器件Q2反向串联形成一对双向开关管，开关器件Q3与开关器件Q4反向串联形成一对双向开关管，两对双向开关管再串联，串联的中点为C点；C点与高频变压器副边线圈的一端连接；
所述的输出串联电容(7)由两个等值的电容C3与电容C4串联而成，电容C3与电容C4连接中点为D点；D点连接在变压器副边线圈的另一端；
所述变压器副边相间反向串联开关管(6)由两个开关器件Q5与开关器件Q6反向串联而成，开关器件Q5与开关器件Q6组成的一对双向开关并联在高频变压器副边，一端连接在C点，另一端连接在D点；
所述的输出串联电容(7)的两端并联负载。
2.根据权利要求1所述的一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，其特征在于，还包括储能端口并联电感(2)；所述的储能端口并联电感(2)由两个电感L1与电感L2组成；电感L1与电感L2的一端共同连接在储能端口的正极，另一端分别连接在全桥电路两个桥臂的中点A、B上；电感L1、电感L2与全桥电路共同构成两个并联的双向Buck/Boost拓扑。
3.根据权利要求2所述的一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，其特征在于，
所述的光伏/储能端口滤波电容(1)包含电容C1与电容C2，电容C1与电容C2分别并联在第一端口、第二端口两端；第一端口为光伏发电板接入端口，第二端口为储能电池接入端口。
4.根据权利要求2所述的一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，其特征在于，
所述的光伏/储能端口滤波电容(1)包含电容C1与电容C2，光伏端口及光伏端口并联的电容C1与储能端口及储能端口并联的电容C2串联，串联的中点与电感L1、电感L2的一端相连接，光伏端口、储能端口、两个电感和两个半桥构成了两个并联的Buck-Boost变换器。
5.根据权利要求2所述的一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，其特征在于，所述的光伏/储能端口滤波电容(1)包含电容C1、电容C2和开关SW；
光伏端口与一个二极管D串联后再与电容C1并联；开关SW一端连接在光伏端口与二极管串联的中点，另一端连接在储能端口的正极。
6.根据权利要求2所述的一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，其特征在于，
所述的光伏/储能端口滤波电容(1)包含电容C1与电容C2，电容C1与变压器原边全桥电路(3)并联；储能端口与电容C2并联，且一端与电感L1与电感L2的一端连接，另一端与电容C1的负极连接。
7.根据权利要求1所述的一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，其特征在于，
所述的光伏/储能端口滤波电容(1)包含电容C1，电容C1与光伏端口并联。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，其特征在于，
所述的变压器原边全桥电路(3)包括四个开关器件S1、开关器件S2、开关器件S3、开关器件S4组成，其中开关器件S1与开关器件S2组成一个半桥，桥臂中点为A，开关器件S3与开关器件S4组成另一个半桥，桥臂中点为B，开关器件S1与开关器件S3的漏极连接在一起成为全桥电路的直流侧正极，开关器件S2与开关器件S4的源极连接在一起成为全桥电路的直流侧负极；全桥电路的直流侧与光伏端口并联；全桥电路A、B两点之间连接高频变压器的原边。
9.根据权利要求1至7任一项所述的一种隔离型三端口交直流变换器拓扑，其特征在于，
所述的高频变压器及漏感(4)的变压器上的串联漏感Lk为高频变压器自身的漏感或外接的电感；所述电感串联在变压器的原边或副边。
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