[发明专利]能量缓冲电路以及变流器

说明书

一种能量缓冲电路以及变流器，该变流器包括正直流母线和负直流母线，正直流母线和负直流母线之间串接N个母线电容，该能量缓冲电路包括第一端口、第二端口、N个换流电路以及控制器，第一端口连接正直流母线，第二端口连接负直流母线；每个换流电路均包括一个换流桥臂、一个电感和两个电容，每个换流桥臂包括串接的两个开关单元，第一端口与第二端口之间串接N个换流电路；控制器连接N个换流电路中的开关单元的控制端，控制器用于控制N个换流电路中的开关单元的开启或关闭以实现N个母线电容与N个换流电路中的电容之间的能量交换。采用本发明实施例，可以利用低压半导体器件实现变流器的无电解电容，进而显著提升变流器性能。

技术领域

本发明涉及电子电力领域，尤其涉及一种能量缓冲电路以及变流器。

背景技术

在光伏逆变器、功率因数校正器等变流器中，为了实现交流电和直流电之间的能量交互，直流变交流(Direct Current/Alternating Current，DC/AC)电路和交流变直流(Alternating Current/Direct Current，AC/DC)电路得到广泛应用。在图1(a)所示的变流器中，交流侧(如图1(a)的右侧)的瞬时交流功率和直流侧(如图1(a)的左侧)的瞬时直流功率之间存在严重的不平衡，具体如图1(b)所示。图1(b)中的P_ac为瞬时交流侧功率，P_dc为瞬时直流侧功率，在图1(b)的S1区域内，交流侧瞬时功率大于直流侧瞬时功率，在S2区域内，直流侧瞬时功率大于交流侧瞬时功率。

为了平衡交流侧和直流侧的瞬时不等功率，变流器中需要加入必要的能量缓冲电路。通常情况下，该能量缓冲电路为无源能量缓冲电路，即在变流器的直流母线中加入一定容值的母线电容作为无源能量缓冲电路。母线电容如图1(a)所示的C_bus，母线电容用于在直流侧瞬时功率大于交流侧瞬时功率时存储多余的能量，在交流侧瞬时功率大于直流侧瞬时功率时释放存储的能量，以保持直流侧瞬时功率与交流侧瞬时功率平衡。由于变流器的交流侧频率往往较低，需要配置容值较大的母线电容，因此母线电容常采用高电容密度的电解电容。然而，由于电解电容中的电解液容易挥发，随着变流器长时间运行，电解电容容值下降，寄生电阻增加，会降低变流器的性能。

为了解决上述问题，在变流器中除了加入无源能量缓冲电路之外，还可增加一套有源能量缓冲电路，以降低母线电容的容值，使得母线电容的容值可以大幅度下降，从而可以采用薄膜电容等长寿命电容替代电解电容，提高变流器性能，实现变流器的长寿命工作。目前的有源能量缓冲电路一般如图2所示，开关管T_a、开关管T_b、电感L_s、电容C_s组成有源能量缓冲电路。该有源能量缓冲电路在工作时，电容C_s的电压大于母线电容C_bus的电压，电容C_s两端的电压较高，导致开关管T_a、开关管T_b等半导体开关器件上的电压应力较大，开关管T_a、开关管T_b等半导体开关器件需要采用高耐压的开关管，而高耐压的半导体开关器件的性能较差，会降低变流器的性能。

发明内容

本发明实施例公开了一种能量缓冲电路以及变流器，可以降低半导体开关器件的电压应力，进而可采用低压半导体器件，提升变流器性能。

本发明实施例第一方面公开了一种能量缓冲电路，应用于变流器中，所述变流器包括正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和所述负直流母线之间串接N个母线电容，所述能量缓冲电路包括第一端口、第二端口、N个换流电路以及控制器，所述第一端口连接所述正直流母线，所述第二端口连接所述负直流母线，N为正整数；

所述N个换流电路串联于所述第一端口与所述第二端口之间；