本发明涉及电力电子，特别是涉及一种光储充三端口直流集成装置及控制方法。
背景技术：
1、在当前社会发展和城市化进程中，高速公路作为重要的交通基础设施之一，对于人们的出行和货物运输起到至关重要的作用。然而，随着电动交通工具的普及和高速公路的不断发展，对高速公路的用能场景和电源接入提出了新的挑战。
2、一方面。太阳能广泛存在于世界各地，可实现就地的开发与利用，解决了偏远地区的交通不便、无法运输等问题，因此其利用性最高。2022年，全球光伏新增装机230gw，同比增长35.3％；我国光伏新增装机87.41gw，占全球新增光伏装机容量比例38％，同比增长59.3％。其中，分布式光伏新增51.1gw，同比增长74.5％。2023年，全球光伏新增装机容量预测区间为280gw至330gw；我国光伏新増装机容量预测区间为95gw至120gw。因此光伏发电(photo voltaic，pv)系统作为清洁能源的代表，也被广泛应用于高速公路电力系统。然而，光伏发电技术尚存在一些缺陷，光伏发电系统受光照强度、环境温度等因素的影响，呈间歇性、随机性的特点的波动性和不确定性影响，尤其在狭长场景下光伏并网点分散，更增加了系统安全稳定的运行挑战。
3、另一方面，随着电池材料科技不断发展、生产成本持续降低以及能量密度的不断提高，储能在绿色低碳智慧电力领域发展取得了较大的应用，并具有广阔的前景。在电动汽车、不间断电源、新能源储能等领域都备受青睐，也可被广泛应用于高速公路电力系统。然而，在高速公路狭长用能场景下，储能也有一些缺点，如功率密度较低、动态响应速度较慢，因此无法满足于负载快速波动的场景，其与负荷的协同运行仍有待突破。
4、综上，针对供电距离较长、用电点分布不均等方面的狭长型用能场景，电源结构需从传统的中央集中式供电模式转变为分散式接入，以适应狭长型用能场景的需求。因此，以高速公路用能领域外代表的狭长用能场景，可以通过研发部署光储充多端口装置，实现全场景下光伏、储能、负荷的高效互动与汇集组网，实现狭长用能背景下的“源-网-荷-储”高效协同互动，提升系统用能效能，促进新能源高效消纳，具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种光储充三端口直流集成装置及控制方法，能够提高了系统运行效率与功率密度，降低了系统的设计成本和体积。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光储充三端口直流集成装置，包括：
3、变压器，所述变压器的一次侧设置有谐振电感、谐振电容和励磁电感，所述变压器的二次侧设置有整流电路；
4、左桥臂和右桥臂，所述左桥臂由第一开关管和第二开关管构成，所述右桥臂由第三开关管和第四开关管构成，所述左桥臂和所述右桥臂分别连接在所述变压器的一次侧前级，并构成一个全桥开关单元；所述左桥臂与第一电感构成左双向buck/boost电路，所述右桥臂与第二电感构成右双向buck/boost电路，所述左双向buck/boost电路和所述右双向buck/boost电路的相位差为180°，且交错并联运行；
5、所述全桥开关单元与所述谐振电感、所述谐振电容、所述励磁电感、所述变压器以及所述整流电路一起组成一个全桥llc谐振直流变换器。
6、所述谐振电感和谐振电容的lc谐振频率fr表示为：所述谐振电感、谐振电容和励磁电感的llc谐振频率fm表示为：其中，lr为谐振电感的电感值，cr为谐振电容的电容值，lm为励磁电感的电感值。
7、所述变压器、第一电感、第二电感和谐振电感集成在一个磁性元件中。
8、所述磁性元件包括上下放置的底层磁芯和顶层盖板磁芯，所述底层磁芯包括四个第一磁柱和若干第二磁柱，其中，两个第一磁柱分别对应第一电感和第二电感，另外，两个第一磁柱分别对应变压器和谐振电感；所述第二磁柱通过挖空所述第一磁柱所需的绕线体积后由剩余空间形成。
9、所述对应第一电感和第二电感的两个第一磁柱对角放置，所述对应变压器和谐振电感的两个第一磁柱对角放置。
10、所述全桥llc谐振直流变换器包括三个端口，三个端口分别为连接光伏的光伏端口、连接负载的负载端口和连接蓄电池的蓄电池端口，所述全桥llc谐振直流变换器包括四种功率传输模式，分别为：
11、单输入单输出模式a：光伏端口不工作，蓄电池单独向负载供电；
12、双输入单输出模式：光伏输出的最大功率小于负载所需的功率，光伏和蓄电池同时向负载供电；
13、单输入双输出模式：光伏以mppt的方式进行工作，其功率大于负载所需功率，光伏多余的功率储存在蓄电池中；
14、单输入单输出模式b：负载所需的功率由光伏单独提供，蓄电池端口的有功功率为0。
15、本发明所要解决的技术问题是提供一种上述光储充三端口直流集成装置的控制方法，采用pwm+pfm的混合调制方式，将所述全桥llc谐振直流变换器的开关频率和所述第一开关管和第三开关管的占空比作为控制变量，其中，所述全桥llc谐振直流变换器的开关频率用于稳定输出电压实现对输出功率的控制，所述第一开关管和第三开关管的占空比用于实现变压器一次侧两个端口间的电压匹配和功率传输控制。
16、在pwm+pfm的混合调制方式下，谐振槽电压信号为对称的交流三电平矩形波，谐振槽电压信号的占空比为dtank，幅值为vbat；当第一开关管和第三开关管的占空比d小于或等于0.5时，谐振槽电压信号的占空比dtank为：dtank＝d，当第一开关管和第三开关管的占空比d大于0.5时，谐振槽电压信号的占空比dtank为：dtank＝1-d；根据谐振槽电压信号的占空比dtank、由谐振电感、谐振电容和励磁电感构成的llc电路的谐振周期ts和由谐振电感和谐振电容构成的lc电路的谐振周期tr之间的大小关系，所述全桥llc谐振直流变换器包括两种工作模式。
17、根据谐振槽电压信号的占空比dtank、由谐振电感、谐振电容和励磁电感构成的llc电路的谐振周期ts和由谐振电感和谐振电容构成的lc电路的谐振周期tr之间的大小关系，所述全桥llc谐振直流变换器包括两种工作模式，具体为：
18、当dtankts≤0.5tr时，处于第一工作模式，第一工作模式中在谐振槽电压信号的幅值为+vbat的时间段内，谐振电流始终大于励磁电感电流，在半个开关周期[t0,t5]内，所述全桥llc谐振直流变换器共存在三种不同的谐振状态，分别为：谐振状态lc-p，谐振状态lc-0和谐振状态llc-0；
19、当dtankts>0.5tr时，处于第二工作模式，第二工作模式中在谐振槽电压信号的幅值为+vbat的时间段结束之前，谐振电流已经谐振到等于励磁电感电流，在半个开关周期[t0,t5]内，所述全桥llc谐振直流变换器共存在三种不同的谐振状态，分别为：谐振状态lc-p，谐振状态llc-p和谐振状态llc-0。
20、所述第一工作模式中，当第一开关管和第三开关管的占空比d小于或等于0.5时，具体边界条件为：d≤0.5fn；当第一开关管和第三开关管的占空比d大于0.5时，具体边界条件为：d≥1-0.5fn；所述第二工作模式中，当第一开关管和第三开关管的占空比d小于或等于0.5时，具体边界条件为：d＞0.5fn；当第一开关管和第三开关管的占空比d大于0.5时，具体边界条件为：d＜1-0.5fn；其中，fn为归一化的开关频率，表示为：fn＝fs/fr，fs为所述全桥llc谐振直流变换器的开关频率，fr为谐振电感和谐振电容的lc谐振频率。
21、有益效果
22、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过将传统llc谐振电路的原边开关桥臂的复用，将传统的非隔离双buck/boost变换器与隔离性全桥llc谐振变换器进行拓扑组合，仅用一个dc-dc变换器即可连接多个直流电源与负载，并采用集中控制的方法对变换器各端口功率进行管理，从而提高了系统运行效率与功率密度，降低了系统的设计成本和体积。同时，针对此拓扑结构设计了一种多模式功率传输与调控策略，实现光伏、蓄电池与负荷之间的功率多项流动与能量平衡。
1.一种光储充三端口直流集成装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光储充三端口直流集成装置，其特征在于，所述谐振电感和谐振电容的lc谐振频率fr表示为：所述谐振电感、谐振电容和励磁电感的llc谐振频率fm表示为：其中，lr为谐振电感的电感值，cr为谐振电容的电容值，lm为励磁电感的电感值。
3.根据权利要求1所述的光储充三端口直流集成装置，其特征在于，所述变压器、第一电感、第二电感和谐振电感集成在一个磁性元件中。
4.根据权利要求3所述的光储充三端口直流集成装置，其特征在于，所述磁性元件包括上下放置的底层磁芯和顶层盖板磁芯，所述底层磁芯包括四个第一磁柱和若干第二磁柱，其中，两个第一磁柱分别对应第一电感和第二电感，另外，两个第一磁柱分别对应变压器和谐振电感；所述第二磁柱通过挖空所述第一磁柱所需的绕线体积后由剩余空间形成。
5.根据权利要求4所述的光储充三端口直流集成装置，其特征在于，所述对应第一电感和第二电感的两个第一磁柱对角放置，所述对应变压器和谐振电感的两个第一磁柱对角放置。
6.根据权利要求1所述的光储充三端口直流集成装置，其特征在于，所述全桥llc谐振直流变换器包括三个端口，三个端口分别为连接光伏的光伏端口、连接负载的负载端口和连接蓄电池的蓄电池端口，所述全桥llc谐振直流变换器包括四种功率传输模式，
7.一种如权利要求1-6中任一所述光储充三端口直流集成装置的控制方法，其特征在于，采用pwm+pfm的混合调制方式，将所述全桥llc谐振直流变换器的开关频率和所述第一开关管和第三开关管的占空比作为控制变量，其中，所述全桥llc谐振直流变换器的开关频率用于稳定输出电压实现对输出功率的控制，所述第一开关管和第三开关管的占空比用于实现变压器一次侧两个端口间的电压匹配和功率传输控制。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在pwm+pfm的混合调制方式下，谐振槽电压信号为对称的交流三电平矩形波，谐振槽电压信号的占空比为dtank，幅值为vbat；当第一开关管和第三开关管的占空比d小于或等于0.5时，谐振槽电压信号的占空比dtank为：dtank＝d，当第一开关管和第三开关管的占空比d大于0.5时，谐振槽电压信号的占空比dtank为：dtank＝1-d；根据谐振槽电压信号的占空比dtank、由谐振电感、谐振电容和励磁电感构成的llc电路的谐振周期ts和由谐振电感和谐振电容构成的lc电路的谐振周期tr之间的大小关系，所述全桥llc谐振直流变换器包括两种工作模式。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，根据谐振槽电压信号的占空比dtank、由谐振电感、谐振电容和励磁电感构成的llc电路的谐振周期ts和由谐振电感和谐振电容构成的lc电路的谐振周期tr之间的大小关系，所述全桥llc谐振直流变换器包括两种工作模式，具体为：
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述第一工作模式中，当第一开关管和第三开关管的占空比d小于或等于0.5时，具体边界条件为：d≤0.5fn；当第一开关管和第三开关管的占空比d大于0.5时，具体边界条件为：d≥1-0.5fn；所述第二工作模式中，当第一开关管和第三开关管的占空比d小于或等于0.5时，具体边界条件为：d＞0.5fn；当第一开关管和第三开关管的占空比d大于0.5时，具体边界条件为：d＜1-0.5fn；其中，fn为归一化的开关频率，表示为：fn＝fs/fr，fs为所述全桥llc谐振直流变换器的开关频率，fr为谐振电感和谐振电容的lc谐振频率。
