独立输入双通道-绕组串型双有源桥电路及其控制方法

本发明涉及电力电工，特别涉及一种双有源桥电路及其控制方法。

背景技术：

1、现有双向充放电路中使用的直流-直流变换器主要有2种：非隔离型直流-直流双向变换器和隔离型的直流-直流双向变换器。第1种方法大多采用双向半桥型电路，这种电路电池与直流母线间的电气不隔离，存在安全隐患。第2种方法主要有双向cllc谐振电路和双有源桥电路，由于使用了高频隔离变压器，实现了输入侧与输出侧的电气隔离从而获得安全可靠性，因cllc变换器不适用于宽电压范围，故在电池充放电应用中，时常需要网侧变换器的配合控制，如改变直流母线电压的大小，或将自身的谐振控制切换成pwm控制，这就导致了控制的复杂性；双有源桥电路通过内外移相的复合控制可实现宽电压范围的应用，非常适合电池的充放电应用，在大功率应用场合，通常采用并-并型或并-串型的双有源桥电路，但低压侧的大电流致使布板困难和较多电池并联使用带来的危险，且高压侧的全桥电路并联或串联所采用的较多开关管降低了充放电路的可靠性。因此现有的电路拓扑在大功率低压电池组充放电应用场合下存在不足。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种独立输入双通道-绕组串型双有源桥电路及其控制方法，能通过移相控制实现所有开关管的软开关，因而效率高。

2、本发明的目的是这样实现的：一种独立输入双通道-绕组串型双有源桥电路，其特征在于，包括：

3、1#双有源桥电路的低压侧全桥电路和2#双有源桥电路的低压侧全桥电路；

4、所述1#双有源桥电路的低压侧全桥电路的直流端和2#双有源桥电路的低压侧全桥电路的直流端构成双通道端口接入第一电池、第二电池；

5、所述1#双有源桥电路的低压侧全桥电路的桥臂中点和2#双有源桥电路的低压侧全桥电路的桥臂中点连接相应的高频变压器tr1和tr2的低压侧绕组，所述高频变压器tr1和tr2的高压侧绕组串联；

6、所述高压侧绕组串联后的一端连接谐振电感 ls、隔直电容 cb和高压侧全桥电路，所述谐振电感 ls和隔直电容 cb串联，所述隔直电容 cb连接到所述高压侧全桥电路的一个桥臂中点，所述高压侧全桥电路的另一个桥臂中点连接所述高压侧绕组串联后的另一端；

7、所述的高压侧全桥电路的直流端接入高压直流母线；

8、所述独立输入双通道-绕组串型双有源桥电路采用三电压外环和两电流内环的闭环控制器进行控制，第一低压侧电池的电压反馈量vbat1f、第二低压侧电池的电压反馈量vbat2f、1#双有源桥电路的第一低压侧电池的电流反馈量ibat1f、2#双有源桥电路的第二低压侧电池的电流反馈量ibat2f和高压侧母线电压反馈量vbusf送到所述的三电压外环和两电流内环的闭环控制器，所述的三电压外环和两电流内环的闭环控制器输出第一移相脉冲控制信号和第二移相脉冲控制信号，经驱动电路后产生相应的驱动信号用来控制所述独立输入双通道-绕组串型双有源桥电路中开关管的通断。

9、一种独立输入双通道-绕组串型双有源桥电路的控制方法，包括：

10、步骤1）将第一低压侧电池的电压反馈量、第二低压侧电池的电压反馈量、高压侧母线电压反馈量与参考电压相减后经电压调节器送入选择开关；

11、步骤2）选择开关选中后作为电池的电流给定，再经电流给定分配器输出电流给定；

12、步骤3）将电流给定与电流反馈量相减后送入电流调节器，电流调节器生成外移角后送入移相控制器，外移角与三角载波在移相控制器生成移相脉冲控制信号，移相脉冲控制信号经驱动电路产生相应的驱动信号用以双有源桥电路中开关管的通断。

13、进一步的，步骤1）具体包括：

14、第一低压侧电池的恒压充电参考电压vbat_ref1与第一低压侧电池的电压反馈量vbat1f相减后送到所述第一低压侧电压调节器的输入端，所述第一低压侧电压调节器的输出送到选择开关；

15、第二低压侧电池的恒压充电参考电压vbat_ref2与第二低压侧电池的电压反馈量vbat2f相减后送到所述第二低压侧电压调节器的输入端，所述第二低压侧电压调节器的输出送到选择开关；

16、高压侧母线参考电压vbus_ref与高压侧母线电压反馈量vbusf相减后送到所述高压侧电压调节器的输入端，所述高压侧电压调节器的输出送到选择开关。

17、进一步的，步骤2）具体包括：

18、所述第一低压侧电压调节器的输出、所述第二低压侧电压调节器的输出和所述高压侧电压调节器的输出由选择开关选中后作为电池的电流给定，再经电流给定分配器输出1#双有源桥电路的电流给定ibat1_ref和2#双有源桥电路的电流给定ibat2_ref；

19、进一步的，步骤3）具体包括：

20、所述1#双有源桥电路的电流给定ibat1_ref与1#双有源桥电路的第一电池的电流反馈量相减后送入第一低压侧电流调节器，由所述第一低压侧电流调节器生成外移角φ1，所述外移角φ1和三角载波经第一移相控制器生成第一移相脉冲控制信号，所述第一移相脉冲控制信号经驱动电路产生相应的驱动信号用以控制1#双有源桥电路中开关管的通断，产生所述1#双有源桥电路的电池电流并形成1#双有源桥电路的第一电池的电流反馈量ibat1f，1#双有源桥电路的第一电池的电流反馈量ibat1f送去与所述1#双有源桥电路的电流给定相减从而构成1#双有源桥电路的电流内环；

21、所述2#双有源桥电路的电流给定ibat2_ref与2#双有源桥电路的第二电池的电流反馈量相减后送入第二低压侧电流调节器，由所述第二低压侧电流调节器生成外移角φ2，所述外移角φ2和三角载波经第二移相控制器生成第二移相脉冲控制信号，所述第二移相脉冲控制信号经驱动电路产生相应的驱动信号用以控制2#双有源桥电路中开关管的通断，产生所述2#双有源桥电路的电池电流并形成2#双有源桥电路的第二电池的电流反馈量ibat2f，2#双有源桥电路的第二电池的电流反馈量ibat2f送去与所述2#双有源桥电路的电流给定相减从而构成2#双有源桥电路的电流内环。

22、进一步的，若所述第一低压侧电压调节器和第二低压侧电压调节器的输出被选择开关选中，则所述1#双有源桥电路的电池电流为1#双有源桥电路中电池充电，产生1#双有源桥电路的低压侧电池电压并形成1#双有源桥电路的第一低压侧电池的电压反馈量vbat1f，1#双有源桥电路的第一低压侧电池的电压反馈量vbat1f送去与所述第一低压侧电池的恒压充电参考电压vbat_ref1相减，从而构成1#双有源桥电路的电池充电电压外环；所述2#双有源桥电路的电池电流为2#双有源桥电路中电池充电，产生2#双有源桥电路的低压侧电池电压并形成2#双有源桥电路的第二低压侧电池的电压反馈量vbat2f，2#双有源桥电路的第二低压侧电池的电压反馈量vbat2f送去与所述第二低压侧电池的恒压充电参考电压vbat_ref2相减，从而构成2#双有源桥电路的电池充电电压外环。

23、进一步的，若所述高压侧电压调节器的输出被选择开关选中，则所述1#双有源桥电路的电池和所述2#双有源桥电路的电池均放电为母线提供能量，产生所述高压侧母线电压并形成所述高压侧母线电压反馈量，所述高压侧母线电压反馈量送去与所述高压侧母线参考电压相减，从而构成母线电压外环。

24、进一步的，所述的1#双有源桥电路的电流内环和2#双有源桥电路的电流内环构成了所述的两个电流内环，所述的1#双有源桥电路的电池充电电压外环、2#双有源桥电路的电池充电电压外环和母线电压外环构成了所述的三个电压外环，从而是形成独立输入双通道-绕组串型双有源桥电路的三电压外环和两电流内环的闭环控制器。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

26、本发明的电路因高压侧只采用了一组全桥电路，减少了开关管个数，故有助力于提高可靠性和功率密度；本发明电路具备的独立双通道可接入不同性能的电池，更适应电池的梯次利用从而使得装置具有通用性，并降低了储能等电力装备的使用成本。本发明的三电压外环和两电流内环的闭环控制方法，能实现本发明电路中电池和直流母线两端能量的双向传输，可根据不同通道中电池的性能通过电流给定分配器实现充放电流的分配，这一技术特别是在电池放电过程中可有效发挥电池的性能，性能好的电池多放电，性能相对差的电池少放电，从而可有效延长电池的使用寿命以降低使用成本。采用本发明电路和控制方法能提高储能等电力装备的性价比。

27、本发明电路是在现有的双有源桥电路基础上发展得到，故它具有双有源桥电路的一切优点：因采用了变压器隔离，故安全性高；能通过移相控制实现所有开关管的软开关，因而效率高。所发明的电路特别适合应用在两直流电压源之间的能量双向传输场合，控制策略可采用数字化的软件编程实现，不增加控制成本。本发明的优点还将在后续陈述中继续说明。