[发明专利]一种无直流母线储能元件的交-交功率变换器

说明书

本发明公开了一种无直流母线储能元件的交‑交功率变换器，包括直流母线连在一起的第一三相全桥电路、第二三相全桥电路和第三三相全桥电路，第一三相全桥电路的交流输入侧输入三相电源，第一滤波电容的一端、第二滤波电容的一端以及第三滤波电容的一端相连，第一滤波电容的另一端连接第一相电源，第二滤波电容的另一端连接第二相电源，第三滤波电容的另一端连接第三相电源，三相电源中的每一相电源分别通过滤波电感连接第三三相全桥电路中每一相的交流输入侧。本发明能够减小导通损耗和开关损耗，利于集成。

技术领域

本发明涉及功率变换器领域，特别是涉及一种无直流母线储能元件的交-交功率变换器。

背景技术

在现代电能生产和消费环节，交-交功率变换器均可以起到重要作用。例如，风力发电机产生的电压频率通常是变化的，导致发电机无法直接与公用电网相连。交-交功率变换器可以起到发电机与电网之间的接口作用，产生与电网频率相同的电压，使得变频发电机产生的电能可以传输到电力系统中。

目前在工业生产中应用最多的交-交功率变换器包括交-直-交功率变换器和双PWM变换器。这两类变换器均需要在直流母线上安装大容量的储能电容，增加了系统的体积和重量、降低了系统的功率密度。此外，，大容量的直流母线储能电容一般采用电解电容，是整个系统可靠性最为薄弱的环节，其故障率在整个功率变换器系统中占比达到30％。特别在某些工作环境苛刻的应用场合，如航空内装式起动/发电机系统，环境温度高达300℃以上，电解液易挥发，电解电容难以正常工作。

为解决这两类变换器存在的问题，学术界提出了矩阵变换器(MC)，MC包括直接式和双级式两种典型的拓扑，无需大容量直流母线储能元件，容易获得高效率的功率转换。然而，受限于功率器件的发展水平，MC所需的双向开关需由分离器件构成，其存在如下问题：1)分离器件不利于系统集成，限制了系统功率密度的进一步提高；2)分离器件构成的双向开关持续导通负载电流，导通损耗较大，限制了转换效率的进一步提高；3)双向开关采用PWM控制，频繁的开关动作产生大量的开关损耗，也对转换效率产生不利影响。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够减小导通损耗和开关损耗的、利于集成的无直流母线储能元件的交-交功率变换器。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的无直流母线储能元件的交-交功率变换器，包括直流母线连在一起的第一三相全桥电路、第二三相全桥电路和第三三相全桥电路，第一三相全桥电路的交流输入侧输入三相电源，第一滤波电容的一端、第二滤波电容的一端以及第三滤波电容的一端相连，第一滤波电容的另一端连接第一相电源，第二滤波电容的另一端连接第二相电源，第三滤波电容的另一端连接第三相电源，三相电源中的每一相电源分别通过滤波电感连接第三三相全桥电路中每一相的交流输入侧。

进一步，所述第一三相全桥电路的控制方法包括以下步骤：

S1.1：采集三相电源电压u_A、u_B和u_C；

S1.2：根据u_A、u_B和u_C的大小关系决定第一三相全桥电路的开关状态，电压最大的一相上桥臂开关导通，电压最小的一相下桥臂开关导通，其余开关保持关断。

进一步，所述第二三相全桥电路的控制方法包括以下步骤：

S2.1：采集三相电源电压u_A、u_B和u_C；

S2.2：计算直流母线电压u_dc；u_dc为三相电源电压u_A、u_B和u_C中最大值与最小值之差；