本发明涉及电力电子，具体是指一种三端口半隔离直流变换器及其调制方法、混合储能系统。
背景技术：
1、随着全球能源需求的增长和可再生能源的广泛采纳，储能技术已成为电力系统不可或缺的组成部分。混合储能系统结合了不同储能介质的优势，不仅提高了储能效率，还增强了系统的灵活性和响应速度，从而实现了更高的综合性能。然而，要充分发挥混合储能系统的潜力，需要先进的能量管理策略和高度灵活的电力电子接口，这就促使了多端口变换器技术的发展。在这一背景下，三端口直流变换器以其独特的多端口特性，成为了实现高效能量转换和管理的关键技术。三端口储能变换器不仅能够适应多能源输入和输出的需求，而且通过精确控制，能够在不同储能介质之间实现能量的最优分配，已成为提高系统效率和功率密度的优选解决方案，大大提高了储能系统的灵活性和稳定性。
2、在多种混合储能直流变换器中，半隔离型三端口直流变换器可根据应用需求选择性地在特定端口间引入高频变压器实现电气隔离，这在需要同时连接多个不同电压级别的储能介质和负载时尤为有利，在提高了变换器电压增益能力的同时，增强了系统的灵活性。此外，其模块化设计和器件复用也在一定程度上简化了系统的扩展和维护工作，降低了成本。
3、传统非隔离的三端口变换器因其结构简单和低成本而在低功率应用中显示出其优势。但是由于电压增益的限制以及缺少电气隔离，在特定场合下的使用具有局限性。全隔离三端口dc-dc变换器通过使用高频变压器实现各端口之间的电气隔离，提高了系统的安全性和灵活性。然而，由于高频变压器的引入也带来了效率的损失，而且还导致了整体系统的体积、重量、成本的增加。
4、半隔离型三端口直流变换器可根据应用需求选择性地在特定端口间引入高频变压器实现电气隔离，这使需要同时连接多个不同电压级别的储能介质和负载时尤为有利，在提高了变换器电压增益能力的同时，增强了系统的灵活性。此外，半隔离三端口变换器的模块化设计和器件复用在一定程度上简化了系统的扩展和维护工作，降低了成本。因此，半隔离三端口直流变换器为新能源和储能系统的集成提供了一种有效的技术途径。然而，现如今许多半隔离直流变换器只能进行单向功率传输，无法实现变换器各端口的双向功率传输，从而难以满足混合储能系统的需求。
5、因此，对半隔离三端口直流变换器的拓扑及其调制方式的研究与创新十分重要。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提出一种三端口半隔离直流变换器及其调制方法、混合储能系统，用于解决上述技术问题。
2、为实现上述目的，本发明按以下技术方案实现：
3、第一方面，本发明提供了一种三端口半隔离直流变换器，包括蓄电池端口、超级电容端口和高压端口；所述蓄电池端口通过高频变压器t的原边与所述高压端口连接，所述超级电容端口通过高频变压器t的副边与所述高压端口连接；所述蓄电池端口和超级电容端口用于连接储能介质，实现充放电；所述高压端口用于连接直流负载或直流母线。
4、在一种实施方式中，所述蓄电池端口包括：蓄电池、低压侧电容cba、蓄电池侧电感lin、原边全桥电路和包含变压器漏感的串联电感llk；所述原边全桥电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括依次串联的开关器件s1和开关器件s3；所述第二桥臂包括依次串联的开关器件s2和开关器件s4，d1～d4和c1～c4分别为对应开关器件s1～s4的反并联二极管和寄生电容；所述蓄电池与低压侧电容cba并联，所述蓄电池的正极与输入电感lin的正极连接，负极与原边全桥电路中的开关器件s2的源极和开关器件s4的源极直接连接；所述蓄电池侧电感lin的负极与所述原边全桥电路的开关器件s1的漏极和开关器件s3的漏极连接；所述串联电感llk的正极与开关器件s1的源极连接，负极与高频变压器t原边的同名端连接；高频变压器t原边的异名端与开关器件s4的漏极连接；
5、所述超级电容端口包括：超级电容、反充二极管dsc、固态隔离开关t1和超级电容侧两个相同的电感l1和l2；所述固态隔离开关t1和反充二极管dsc并联，所述超级电容的正极与所述反充二极管dsc的正极连接，所述反充二极管dsc的负极和电感l1和l2的正极连接，所述电感l1的负极与高频变压器t副边的同名端连接，所述电感l2的负极与高频变压器t副边的异名端连接；
6、所述高压端口包括：副边全桥电路、高压侧电容co；所述副边全桥电路包括第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂包括依次串联的开关器件s5和开关器件s7；所述第四桥臂包括依次串联的开关器件s6和开关器件s8；d5～d8和c5～c8分别为对应开关器件s5～s8的反并联二极管和寄生电容；所述副边全桥电路的第三桥臂和第四桥臂的中点与高频变压器t副边绕组连接；所述高压侧电容co的正极与开关器件s5的漏极和开关器件s7的漏极连接，负极与开关器件s6的源极和开关器件s8的源极连接。
7、在一种实施方式中，所述三端口半隔离直流变换器能够实现在四种工作模式间切换，所述四种工作模式包括：
8、工作模式1：所述高压端口连接负载，所述超级电容端口的固态继电器t1断开；所述蓄电池端口和超级电容端口发出功率，所述高压端口吸收功率；
9、工作模式2：所述高压端口连接负载，所述超级电容端口的固态继电器t1闭合；所述蓄电池端口发出功率，所述超级电容端口和高压端口吸收功率；
10、工作模式3：所述高压端口连接直流母线或电源，所述超级电容端口的固态继电器t1断开；所述蓄电池端口吸收功率，所述超级电容端口和高压端口发出功率；
11、工作模式4：所述高压端口连接直流母线或电源，所述超级电容端口的固态继电器t1闭合；所述蓄电池端口和超级电容端口吸收功率，所述高压端口发出功率。
12、在一种实施方式中，通过对三端口半隔离直流变换器在工作模式1时的模态分析，将工作模式1在一个开关周期内的工作模态分为：重载状态下的工作模态和轻载状态下的工作模态；
13、所述重载状态和轻载状态通过以下方法定义：
14、根据特定工况下半隔离三端口直流变换器的输出电压uo，蓄电池电压uba定义半个开关周期中低压电池侧输入电感充电时间占整个开关周期的占比x：
15、对蓄电池额定输出功率pba与临界功率p0进行比较；
16、当pba>p0时，将此时的变换器定义为重载状态；若pba≤p0，将此时的变换器定义为轻载状态。
17、第二方面，本发明提供了一种基于上述的三端口半隔离直流变换器的调制方法，所述方法通过对不同工况下固态隔离开关t1的断开与闭合、开关器件s1～s4的占空比d1，开关器件s5～s8的占空比d2以及高压侧桥臂间移相角β来进行控制，实现该变换器工作模式的切换，各工作模式采用的具体调制方式为：
18、工作模式1时采用的调制方式为：
19、设定所有开关器件s1～s8具有相同的开关频率ts，开关器件s1～s4的占空比为d1，开关器件s1与s3同时导通或关断，开关器件s2与s4的导通信号滞后于s1与s3半个开关周期，开关器件s5～s8的占空比为d2，s5和s6的关断信号分别与s1和s2的关断信号同时触发，s7和s8的导通和关断信号分别比s6和s5的导通和关断信号滞后βts；
20、在蓄电池端口和超级电容端口向高压端口传输功率时，通过调节d1和d2来控制蓄电池输出功率，通过调节β来控制超级电容输出功率，通过调节d2来减小通过串联电感llk电流的峰值；
21、工作模式2时，采用的调制方式与传统电流馈电型隔离直流变换器一致；
22、工作模式3时，采用的调制方式与传统电压型双有源桥直流变换器一致；
23、工作模式4时，采用的调制方式与传统电压型双有源桥直流变换器一致。
24、在一种实施方式中，在输出电压恒定、给定输出功率且保证所有开关器件均处于软开关状态的情况下，整定出工作模式1通过串联电感llk电流峰值最小时占空比d2的取值；
25、所述整定出通过串联电感llk电流峰值最小时占空比d2的取值，包括：
26、根据高压端口输出电流的连续性以及临界状态，得出重载/轻载状态下减小串联电感llk电流illk尖峰的d2有效取值范围；
27、对一个周期内的相关波形进行分析，得出工作模式1各模态的持续时间，并通过对超级电容端口的电感l1进行伏安特性分析，建立电感伏安特性方程：
28、将流过串联电感llk的电流视为恒定值，恒定值取其电流有效值iin_rate；
29、通过求解电感伏安特性方程，得出输入电感电流有效值iin_rate、占空比d1与pba和占空比d2的关系及串联电感llk电流illk的峰值illk_peak；
30、根据串联电感llk电流illk不会超过输入电感电流的有效值iin_rate，且各开关器件处于软开关状态，得出重载/轻载状态下使串联电感llk电流峰值最小时的占空比d2的取值。
31、在一种实施方式中，所述重载状态下减小串联电感llk电流illk尖峰的d2有
32、效取值范围为：
33、
34、所述轻载状态下减小串联电感llk电流illk尖峰的d2有效取值范围为：
35、
36、在一种实施方式中，重载状态下使串联电感llk电流峰值最小时的占空比d2的取值为：
37、
38、轻载状态下使串联电感llk电流峰值最小时的占空比d2的取值为：
39、
40、在一种实施方式中，重载状态下，蓄电池端口输出功率pba与超级电容端口的输出功率psc为：
41、pba＝ubaiin_rate
42、
43、其中isc1与isc2分别为：
44、
45、轻载状态下，蓄电池端口输出功率pba与超级电容端口的输出功率psc为：
46、pba＝ubaiin_rate
47、
48、其中isc1与isc2分别为：
49、
50、第三方面，本发明提供了一种混合储能系统，所述系统包括上述的三端口半隔离直流变换器。
51、本发明有益效果
52、本发明所提出的变换器电路拓扑中低压蓄电池侧与高压侧构成电流馈电型隔离型直流变换器，其具有输入电流纹波小，无功率回流，二极管过冲振荡可以忽略，无占空比丢失和易实现电流控制的优势，其相较于传统电压型隔离型直流变换器具有更高的额定功率利用率。本发明的变换器能同时连接两种储能介质并实现输出功率分配，并且能够有效降低通过变压器电流的峰值，减小开关器件电流应力，减少发热，降低成本，提高系统的灵活性与稳定性。
1.一种三端口半隔离直流变换器，其特征在于，包括蓄电池端口、超级电容端口和高压端口；所述蓄电池端口通过高频变压器t的原边与所述高压端口连接，所述超级电容端口通过高频变压器t的副边与所述高压端口连接；所述蓄电池端口和超级电容端口用于连接储能介质，实现充放电；所述高压端口用于连接直流负载或直流母线。
2.根据权利要求1所述的一种三端口半隔离直流变换器，其特征在于，所述蓄电池端口包括：蓄电池、低压侧电容cba、蓄电池侧电感lin、原边全桥电路和包含变压器漏感的串联电感llk；所述原边全桥电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括依次串联的开关器件s1和开关器件s3；所述第二桥臂包括依次串联的开关器件s2和开关器件s4；d1～d4和c1～c4分别为对应开关器件s1～s4的反并联二极管和寄生电容；所述蓄电池与低压侧电容cba并联，所述蓄电池的正极与输入电感lin的正极连接，负极与原边全桥电路中的开关器件s2的源极和开关器件s4的源极直接连接；所述蓄电池侧电感lin的负极与所述原边全桥电路的开关器件s1的漏极和开关器件s3的漏极连接；所述串联电感llk的正极与开关器件s1的源极连接，负极与高频变压器t原边的同名端连接；高频变压器t原边的异名端与开关器件s4的漏极连接；
3.根据权利要求1所述的三端口半隔离直流变换器，其特征在于，所述三端口半隔离直流变换器能够实现在四种工作模式间切换，所述四种工作模式包括：
4.根据权利要求3所述的三端口半隔离直流变换器，其特征在于，通过对三端口半隔离直流变换器在工作模式1时的模态分析，将工作模式1在一个开关周期内的工作模态分为：重载状态下的工作模态和轻载状态下的工作模态；
5.一种基于权利要求2-4任一所述的三端口半隔离直流变换器的调制方法，其特征在于，所述方法通过对不同工况下固态隔离开关t1的断开与闭合、开关器件s1～s4的占空比d1，开关器件s5～s8的占空比d2以及高压侧桥臂间移相角β来进行控制，实现该变换器工作模式的切换；各工作模式采用的具体调制方式为：
6.根据权利要求5所述的三端口半隔离直流变换器的调制方法，其特征在于，在输出电压恒定、给定输出功率且保证所有开关器件均处于软开关状态的情况下，整定出工作模式1通过串联电感llk电流峰值最小时占空比d2的取值；所述整定出通过串联电感llk电流峰值最小时占空比d2的取值，包括：
7.根据权利要求6所述的三端口半隔离直流变换器的调制方法，其特征在于，所述重载状态下减小串联电感llk电流illk尖峰的d2有效取值范围为：
8.根据权利要求7所述的三端口半隔离直流变换器的调制方法，其特征在于，重载状态下使串联电感llk电流峰值最小时的占空比d2的取值为：
9.根据权利要求8所述的三端口半隔离直流变换器的调制方法，其特征在于，重载状态下，蓄电池端口输出功率pba与超级电容端口的输出功率psc为：
10.一种混合储能系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-4任一所述的三端口半隔离直流变换器。
