[发明专利]基于SDC网络的三电平直流变换器简易构造方法

说明书

技术领域

本发明属于变换器技术领域，具体涉及一种基于SDC网络的三电平直流变换器简易构造方法。

背景技术

将可再生能源与高效节能型负载相结合，可以有效缓解能源危机和减轻环境污染。为此，近年来出现了电动汽车光伏充电桩、光伏储能电站等多种新型光伏利用形式。在这些光伏系统中，光伏阵列通过直流变换器与蓄电池组直接连接在一起，构成高压大容量光伏储能系统。其中，直流变换器既是光伏接口，同时又是蓄电池的充电器。

为了提高光伏储能系统的MPPT效率并延长蓄电池组的循环寿命，必须尽可能地减小光伏电池和蓄电池的电流纹波。为此，接口变换器需要采用输入、输出电流均连续的四阶变换器(如Cuk、Superbuck等)。与只有一端电流连续的二阶变换器(如Buck，Boost等)相比，该类变换器只需要在输入、输出侧并联小容量的薄膜电容就能满足光伏储能系统的电流纹波指标要求，系统可靠性大为提高，因此是该应用场合的最佳拓扑选择。

此外，为了满足高压大容量光伏储能系统的电压等级要求，接口变换器通常要采用高耐压的IGBT或者CoolMOS作为开关管。然而，IGBT的开关速度较低，不利于系统的小型化和轻量化；而CoolMOS的价格高昂，导致成本攀升。采用三电平(Three-Level,TL)技术可以使开关器件的电压应力降低一半，并且能有效减小滤波器的体积和重量，从而很好的解决了上述问题。然而，输入、输出电流均连续的四阶变换器的TL拓扑尚未见报道。为此，有必要深入研究TL变换器的构造方法，以得出上述四阶变换器的TL拓扑。

遗憾的是，尽管有许多文献对于TL变换器的软开关技术、中点电位平衡控制策略进行了大量研究，但是鲜有文献对TL变换器的构造方法进行讨论。文献Pinheiro J R，Barbi I.The three-level ZVS-PWM DC-to-DC converter[J].IEEE Transactions on Power Electronics,1993，8(4)：486-492最早提出了TL变换器的概念，并以ZVS半桥TL变换器为例，分析了TL变换器的基本特点。但是，该文献未能给出TL变换器的构造方法。文献阮新波，李斌，陈乾宏.一种适用于高压大功率变换器的三电平直流变换器[J].中国电机工程学报，2003，23(5)：19-23，指出了半桥TL变换器与三相全桥TL逆变器的内在联系，并在此基础上得出了TL变换器的构造方法。尽管基于该构造法可演变出所有单管非隔离变换器的TL拓扑，但是推导步骤极为繁杂。文献马运东,薛雅丽,阮新波,严仰光.单管直流变换器三电平拓扑的交错开关方式[J].电力电子技术，2003，37(4)：88-91，提出了TL变换器的另一种推导思路：首先寻找箝位电压源并将其分为两等份，其次将开关管用两只串联替代，然后将不对称元件进行对称变换，再加入箝位二极管，最后去掉冗余器件。与文献《一种适用于高压大功率变换器的三电平直流变换器》相比，该构造法相对简单，但是仅适用于6种基本的单管非隔离直流变换器。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种基于SDC网络的三电平直流变换器简易构造方法，该构造方法更为简单，且适用于所有的单管非隔离直流变换器。

技术方案：本发明所述的一种基于SDC网络的三电平直流变换器简易构造方法，包括如下步骤：

(1)在原变换器中直接提取或构造出SDC网络；

(2)将原变换器中的SDC网络进行对称变换；

(3)将对称变换后的变换器与原变换器进行加合，可得到三电平直流变换器。

进一步的，所述SDC网络包括开关管S、箝位二极管D和电容C。

进一步的，所述SDC网络包括阳极SDC网络和阴极SDC网络。

进一步的，所述阴极SDC网络中箝位二极管D的阴极与电容C连接，箝位二极管D的阳极与开关管S连接。

进一步的，所述阳极SDC网络中开关管S关断时，箝位二极管D导通，开关管S的电压应力为电容C的端电压

进一步的，步骤(2)所述对称变换是指将阳极SDC网络与阴极SDC网络进行对称变换。