[发明专利]高频隔离式三相周波变换器型双向变流器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明提供了高频隔离式三相周波变换器型双向变流器及其控制方法。属于电力电子领域三相高频隔离式变换器方向。

背景技术

随着电力电子技术的发展，储能系统正逐渐地被应用于各个领域，包括电网的谷峰调节，电动汽车的动力储存等。储能系统中的关键设备为双向变流器，通过双向变流器连接电网和储能装置，既能将电网的能量注入储能装置，也可以将储能装置中的能量回馈到电网中。目前应用较广的储能装置如蓄电池组，超级电容器组等端电压都很低，都需要升压后才能并网，为了减小变流器的成本，以及对周围环境的噪声污染，采用高频变压器替代工频变压器的方式已经成为一种趋势，同时对于大功率的双向变流器，其工作时的电能质量调节很重要，需要有谐波抑制的能力，并且要尽可能做到单位功率因数并网，以减小对电网的污染，做到绿色用电。

国家知识产权局于2010年8月公开的专利“电动汽车双向充电机电源拓扑结构”采用前级为电压源型三相有源整流器，后级为DC/DC的两级功率变换，工频变压器变压。两级功率变换降低了变换器的效率，中间直流滤波电容的存在，增大了变换器的重量和体积，降低了变换器的功率密度。工频变压器变压再次增大了变换器的重量和体积，并且大大增加了变换器的成本，工频变压器的噪声污染不容忽视。IEEE Trans.on Power Electronics【电力电子期刊】于2008年第5期发表了“Three-Phase Boost-Type Grid-Connected Inverter”【三相boost型并网逆变器】一文，采用boost逆变器的拓扑，构成升压型逆变器，加大了直流侧电压的变换范围，采用IGBT串联二极管的方式，无法实现功率的双向流。采用基于单周控制策略的模拟控制方式，无法消除滤波电容带来的无功电流分量，同时模拟控制器对电流的谐波抑制能力有限。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种高频隔离式三相周波变换器型双向变流器及其控制方法，其特征在于，主电路采用输入滤波器、三相周波变换器、高频变压器、全桥变换器和输出直流电感组合的结构，三相周波变换器采用数字化交流空间矢量调制，交流电流采用d-q轴解耦，比例积分和重复控制混合的控制方法。

所述周波变换器由绝缘栅场效应管或绝缘栅双极型晶体管按共源极或共射极的方式串联而成，三相输入侧接滤波器，所述高频变压器原边接三相周波变换器母线，副边接全桥变换器，所述全桥变换器的母线接电感。

所述的数字化交流空间矢量调制需要在数字控制器中定义开关状态表，开关状态表按扇区分为六种情况，每种情况都有三只动作的开关被分别定义为Q_p，Q_n和Q_t，另外三只开关状态保持不变，状态保持的开关的驱动信号通过设置相应PWM输出口为强制高或强制低实现，Q_p和Q_n的驱动信号通过载波比较的方式实现，比较值由空间矢量算法计算得到，Q_t对应的PWM输出口设置为强制低，其驱动信号通过其他开关驱动信号的逻辑组合得到，Q_p和Q_n对应的数字控制器内的定时器采用单增或单减的计数方式，Q_p和Q_n对应的PWM输出口分别设置为低有效和高有效，反之亦可，以保证其导通时间段不重叠为准。

全桥变换器开关Q₁与Q₄同开同关，Q₂与Q₃同开同关，Q₁与Q₃开关状态互补，Q₁和Q₃对应的数字控制器内的定时器采用先增后减的计数方式，计数周期为Q_p和Q_n对应的定时器的两倍，并与其同时启动，比较值由所述两非零矢量和零矢量的作用时间计算得到，以保证Q₁和Q₃的驱动信号在零矢量作用时间段的中点跳变为准。

周波变换器的a管和b管分时驱动，当电流从正母线进，负母线出时，a管动作，b管全部关断，电流从负母线进，正母线出时，b管动作，a管全部关断，在开关切换时，有一定的共导时间，时间长度略大于开关的开通时间，保证母线回路不被切断，通过数字控制器发出的信号控制周波变换器a管或b管关断，以改变开关的功率流向，来实现整流和逆变两种功率流的不掉电切换，所述的切换发生在零矢量作用时间段的中点。