第51卷第6期2023年6月Vol.51No.6June2023华南理工大学学报（自然科学版）JournalofSouthChinaUniversityofTechnology（NaturalScienceEdition）电流自均衡的低纹波高增益双向直流变换器王克英黄毅王子豪余涛吴毓峰潘振宁（华南理工大学电力学院，广东广州510640）摘要：双向直流变换器作为综合能源系统中储能模块的关键接口设备，需要具备低电流纹波、高电压增益和宽范围软开关的特性。常规双向直流变换器在低压储能侧使用交错技术实现对电池友好的低电流纹波特性，然而受限于实际的生产工艺，这类交错型双向直流变换器存在多相电流不均衡问题。本研究基于耦合电感提出了一种无需复杂控制算法的电流自均衡双向直流变换器。在综合能源储能场景中，该变换器不但具有电流自均衡特性，还具备低电流纹波、高电压增益和宽范围软开关的综合优势。首先，该变换器利用钳位电容的安秒平衡特性，在一个开关周期内强制保持了交错电流的均衡，从而在电路拓扑层面即可实现电流自动均衡的低电流纹波特性。其次，作为储能电感的耦合电感兼顾了变压器功能，通过电路多级增益结构配合，实现了高电压增益特性。最后，本变换器使用了电压匹配控制和移相控制策略，对电压增益和功率大小方向进行解耦控制，保证了不同工作状态下的软开关特性。本研究分析了该变换器的工作原理与电路特性，并以此为基础设计了一款低压侧工作电压30V至40V、高压侧工作电压400V、双向功率1kW的实验样机。该样机模拟了低压侧锂电池在不同工作电压、功率大小和方向下的运行特性，从而有效验证了该拓扑的可行性。关键词：双向DC-DC变换器；耦合电感；电流自均衡；软开关中图分类号：TM46文章编号：1000-565X（2023）06-0078-11随着全球能源危机的加剧，可再生能源的发展愈显重要，然而可再生能源具有输出功率不稳定的特点。综合能源系统作为一种先进的能量供应模式可以有效解决上述问题［1-3］。在直流综合能源系统典型拓扑中，储能电池通过双向DC-DC变换器（BDC）连接到高压直流母线，当可再生能源功率不足时需要BDC补充功率缺额，当可再生能源功率过剩时需要BDC吸收多余功率，因此储能单元中的BDC发挥着维持功率平衡的重要作用。然而在实际应用中，系统的锂电池储能输出电压一般为直流48V或更低，远小于380V或以上的高压直流母线电压［4］。另一方面，以锂电池为载体的储能通常要求低工作电流纹波，以提升工作寿命［5］。因此，作为储能电池和高压直流母线之间的连接设备，综合能源系统要求BDC...
