[发明专利]一种具有二次波动功率解耦的单相AC/DC变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有二次波动功率解耦的单相AC/DC变换器及其控制方法。

背景技术

电力系统中的单相AC/DC变换器,如单相光伏逆变器,单相不间断电源等,如果保证其交流电网侧的电流正弦，那么变换器的直流侧将不可避免的存在二次电网电压频率的低频功率波动。若不对单相系统中这种固有的二次波动功率进行滤除，则该二次波动功率会引起直流侧电压的低频波动，该波动在许多的应用场合将引起不同程度的危害，例如大大减少光伏电池板发电效率，降低直流侧蓄电池的使用寿命，或者导致输入电流存在三次谐波。

而为了消除单相系统固有的二次波动功率，一个简单的办法就是配置大容量的电解电容，这不仅增大了系统体积，而且电解电容在较高温度下的寿命会大大缩短，这将导致整个装置的使用寿命缩短。当然，也可以用薄膜电容代替电解电容，但是大容量薄膜电容成本太高，所以此方案也并不理想。

目前对于此问题的解决方案通常是将单相系统交流侧的二次波动功率通过储能电容或电感吸收。主要的拓扑方案有希腊学者Kyritsis提出的CPS-PAF拓扑结构，此拓扑增加了一个电感、电容及一个开关桥臂，并采用直流侧有源滤波技术，达到抑制中间直流电压的波动的目的。日本学者Shimizu等提出了三开关桥臂加储能电感的单相变换器拓扑，此拓扑也能解耦单相系统中的二次波动功率。但是这些拓扑结构所增加的无源或开关器件比较多，成本相对较高，使用寿命较短。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种具有二次波动功率解耦能力的单相AC/DC变换器及其控制方法，其结构简单，成本低廉。

一种具有二次波动功率解耦功能的单相AC/DC变换器，包括依次相连的网侧变压器（1）、网侧滤波器（2）、H桥电路（3）及功率解耦电路（4）；

网侧变压器（1）与电网相连，功率解耦电路（4）与直流负载相连；

所述网侧滤波器（2）包括滤波电感L₂和滤波电容C₂；滤波电容C₂与网侧变压器（1）的原边并联；

所述功率解耦电路（4）包括一个储能电感L₁、开关器件S5及续流二级管D1；开关器件S5的集电极接直流负载的正极，开关器件S5的发射极与续流二极管D1的阴极相连，储能电感L₁的第一端连接续流二极管D1的阴极之间；续流二极管D1的阳极接直流负载的负极；

该单相AC/DC变换器的直流侧并联有电容C₁；

所述H桥电路由开关器件S1、S2、S3和S4组成，开关器件S1的发射极与开关器件S2的集电极相连构成第一桥臂，开关器件S3的发射极与开关器件S4的集电极相连构成第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂均与直流负载并联，（即开关器件S3和S1的集电极相连且连接到直流负载的正极，开关器件S4和S2的发射极极相连且连接到直流负载的负极）；开关器件S3的发射极（B点）接储能电感L₁的第二端；开关器件S3的发射极连接网侧变压器（1）原边的一端，开关器件S1的发射极经所述的滤波电感L₂接网侧变压器（1）原边的另一端。

2.一种具有二次波动功率解耦功能的单相AC/DC变换器的控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的具有二次波动功率解耦功能的单相AC/DC变换器，并按照以下步骤对所述的单相AC/DC变换器的直流侧电压进行控制：

步骤1：信号采集，采集交流侧输入电压u_g和交流侧输入电流i_g，直流侧电压u_dc以及储能电感电流i_Lc，采集的信号经模数转换处理后输入到DSP处理器；

步骤2：对采集的3路信号进行判断，若任一路信号的信号值超过额定值，则实施PWM信号封锁，否则转入步骤3；所述PWM信号封锁是指所有开关管的开关信号给0，使所有开关管处于关断状态；

其中，所述3路信号为交流侧输入电流i_g、直流侧电压u_dc以及储能电感电流i_Lc；交流侧输入电流i_g与电感L₂或开关管的额定电流值相比较，直流侧电压u_dc与电容C₁的额定电压值相比较，储能电感电流i_Lc与电感L₁的额定电流值相比较；