[发明专利]一种单相电力电子变压器拓扑结构及其控制方法

说明书

本发明提供了一种单相电力电子变压器拓扑结构及其控制方法，拓扑结构包括依次连接的输入级电路、隔离级电路和输出级电路，所述输入级电路包括一个工作在工频切换状态的H桥电路，所述隔离级电路包括一个双向DC‑DC变换器，通过LC串联谐振传输功率，同时实现开关零电流关断，减小开关损耗，所述输出级电路也是H桥电路结构，通过开关逆变实现输出端电压幅值的调整。本发明的单相电力电子变压器拓扑结构无中间储能环节，直流母线电容采用小容值薄膜电容，可以减小整个系统的体积并提高系统的可靠性，并且可以实现功率双向流动。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种单相电力电子变压器拓扑结构及其控制方法。

背景技术

传统的工频变压器不仅体积大，功能也比较单一。随着智能电网的迅速发展及各种分布式能源的并网，传统的工频变压器的功能已不能满足现代电力系统的要求。电力电子变压器，又称固态变压器、智能变压器或柔性变压器，是一种通过电力电子技术实现电力系统电压变换和能量传递的新型变压器。电力电子变压器不仅体积小、重量轻，还具有一次、二次侧电压、电流和功率均高度可控、本身有断路器的功能，无需传统的变压器继电保护装置等优点。

目前的电力电子变压器有很多种拓扑结构，一般包括整流级、隔离级和逆变级。为了保证整流输出电压保持基本恒定，通常在整流级的输出侧并联一个较大容值的电解电容，会增加整个系统的体积。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题的一种单相电力电子变压器拓扑结构及其控制方法。本发明的单相电力电子变压器拓扑结构及其控制方法无中间储能环节，直流母线电容采用小容值薄膜电容，可以减小整个系统的体积并提高系统的可靠性，并且可以实现功率双向流动。

本发明提供的单相电力电子变压器拓扑结构，由输入级电路、隔离级电路和输出级电路组成，其中所述输入级电路由第一H桥电路构成，输入端接单相交流电源，输出端与所述隔离级的输入端相连；所述隔离级电路包括一个双向DC-DC变换器，输入端与所述第一H桥电路的输出端相连，输出端与所述输出级电路的输入端相连；所述输出级电路由第三H桥电路构成，输入端与所述隔离级的输出端相连，输出端与负载或交流电网相连。

进一步地，所述第一H桥电路由两对串联的开关管并联组成。

所述隔离级电路包括依次相连的原边直流母线电容、第一半桥电路、LC谐振电路、高频变压器、第二H桥电路和副边直流母线电容；其中所述原边直流母线电容由单个薄膜电容或两个薄膜电容串联连接构成，所述第一半桥电路由一对串联连接的开关管组成，所述LC谐振电路，包含谐振电容和谐振电感，所述第二H桥电路由两对串联的开关管并联组成，所述副边直流母线电容由单个薄膜电容构成，所述输出级电路由第三H桥电路构成；所述第三H桥电路由两对串联的开关管并联组成。

进一步地，所述原边直流母线侧电容的两端分别与所述第一H桥电路的第二桥臂的两端相连；所述第一半桥电路的桥臂两端分别与所述原边直流侧母线电容两端相连，当所述原边直流母线电容由单个薄膜电容构成时：所述LC谐振电路的两端分别接于所述第一半桥电路的桥臂中点和所述原边直流母线电容的任意一端；当所述原边直流母线电容由两个薄膜电容串联连接构成时：所述LC谐振电路的两端分别接于所述第一半桥电路的桥臂中点和所述原边直流母线电容的中点，所述第二H桥电路的第一桥臂中点和第二桥臂中点分别与所述高频变压器的副边绕组两端连接，所述副边直流母线电容两端分别与第二H桥电路的第二桥臂两端连接，所述高频变压器的原边绕组串联于所述LC谐振电路上，所述第三H桥电路的第一桥臂两端分别所述副边直流母线电容相连，所述第三H桥电路的第一桥臂中点和第二桥臂中点分别与负载或交流电网两端相连。

进一步地，所述LC谐振电路，其中谐振电感为所述高频变压器的漏感。

进一步地，所述开关管为带反并联续流二极管的IGBT或MOSFET，或是其他具有同等作用的开关器件。

所述电力电子变压器拓扑结构的控制方法，包括如下步骤：