[发明专利]一种双向AC‑DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，更具体地，涉及一种双向AC-DC变换器。

背景技术

随着社会经济的不断发展，人类对能源的需求日益增加，伴随传统化石能源的不断枯竭，可再生能源的利用越来越重要。在能源需求和环境保护的双重压力下，分布式发电技术获得了越来越多的重视和应用，微电网技术作为分布式电源和电网连接的桥梁和缓冲也成为当前的研究热点。在交直流混合微电网中，通常需要双向AC-DC变换器作为能量接口单元，控制直流和交流母线功率流动，以保证微网功率平衡、维持母线电压稳定并提高系统电能质量。因此，研究高效的双向AC-DC变换器，提高其在宽输入或输出电压范围内的工作效率，对高效利用能源具有重要的意义。

目前，双向AC-DC变换器可以分为两类，分别为双-单向AC-DC变换器和单-双向AC-DC变换器。双-单向AC-DC变换器由一个单向AC-DC变换器和一个单向DC-AC变换器构成。单-双向AC-DC变换器由一个双向AC-DC变换器构成。双-单向AC-DC变换器使用了两部AC-DC变换器，整体变换器的体积偏大，由于要分时控制两台变换器的工作状态，控制过程复杂，时间过长，变换器成本高，功能少，已经不能满足新的储能系统的要求。

单-双向AC-DC变换器相对于双-单向AC-DC变换器而言，体积更小，成本更加低廉，稳定性和可控性更高，这也是目前双向AC-DC变换器研究的主要结构和方向之一。但是，双向AC-DC变换器的控制难度较大，其控制算法的好坏直接影响到变换器的工作性能，一个好的控制算法还可以从根本上减小变换器的体积和成本。目前，对双向AC-DC变换器的研究方向除了拓扑结构的分析之外，就是寻找更好的控制算法。这些是各国学者研究的重点和难点。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的双向AC-DC变换器。

根据本发明的一个方面，提供一种双向AC-DC变换器，包括：

高频变压器；

初级AC-AC变换器拓扑模块，与所述高频变压器的原边连接，以及

次级AC-DC变换器拓扑模块，与所述高频变压器的副边连接。

本申请提出一种双向AC-DC变换器，通过高频变压器连接初级AC-AC变换器拓扑模块和次级AC-DC变换器拓扑模块，实现了双向电能的运输。本发明中的双向AC-DC变换器结构简单，能够实现电能的双向变换，系统中开关器件始终工作在谐振软开关状态，转换效率高，体积足够小。

附图说明

图1为本发明实施例的双向AC-DC变换器的结构示意图；

图2为本发明实施例的双向AC-DC变换器的工作原理图；

图3为本发明实施例的初级AC-AC变换器拓扑模块在能量正向传输时的工作模态图；

图4为本发明实施例的次级AC-DC变换器拓扑模块在能量正向传输时的工作模态图；

图5为本发明实施例的初级AC-AC变换器拓扑模块在能量反向传输时的工作模态图；

图6为本发明实施例的次级AC-DC变换器拓扑模块在能量反向传输时的工作模态图；

图7为本发明实施例的初级AC-AC变换器拓扑模块在能量正向传输时的开关序列及波形图；

图8为本发明实施例的次级AC-DC变换器拓扑模块在能量正向传输时的开关序列及波形图；

图9为本发明实施例的初级AC-AC变换器拓扑模块在能量反向传输时的开关序列及波形图；

图10为本发明实施例的次级AC-DC变换器拓扑模块在能量反向传输时的开关序列及波形图；

图11为本发明实施例的高频隔离变压器等效原理图；

图12为本发明实施例在能量正向传输时初级谐振电路的输入电压原理图；

图13为本发明实施例在能量正向传输时的波形图；

图14为本发明实施例在能量反向传输时的波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了本发明实施例的双向AC-DC变换器的结构示意图，如图1可知，本双向AC-DC变换器包括：

高频变压器，用于电气隔离及能量的传输；

初级AC-AC变换器拓扑模块(即初级拓扑)，与所述高频变压器的原边连接，用于变压器原边AC-AC的直接变换，在变换过程中无整流与大电容滤波环节，以及