[发明专利]单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及控制方法

说明书

本发明公开了单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及控制方法。该变换器包括交流侧电感、交流侧电容、三相全桥、双向开关、变压器端电位双向箝位开关、单相全桥、隔离变压器、整流/逆变单相全桥、直流侧滤波电感和直流侧滤波电容。采用低频扇区开关选择以及高频全桥移相相结合的组合控制方式。本发明采用电流源型AC/DC结构，实现了buck类型的整流模式，避免了以往boost整流模式的启动冲击问题，同时仅用单级功率变换电路实现了电气隔离，高频隔离变压器原副边都只有一个全桥结构，功率流通和续流阶段均只需流过两个功率管，减小了传输损耗。

技术领域

本发明属于直流微网技术领域，特别涉及了一种单级式双向AC/DC变换器。

背景技术

以新能源为核心的直流微网作为新兴的供电形式，其研究和应用仍处于快速发展阶段，尚有诸多问题需要解决。直流微网是电力电子技术、信息电子技术与电力系统融合的产物，涉及变流装置、运行控制、故障保护、电源规划、系统架构和通信协议等多个研究领域。其中，直流微电网与交流电网的接口AC/DC变换器作为连接两种网络的纽带，负责调控整个微电网的能量平衡，是直流微网研究的重点之一。在大功率场合，通常考虑采用三相双向AC/DC变换器，它是保证微网正常运行的关键变换器。

三相双向AC/DC根据是否具有直流侧电感可以分为两大类：电流源型和电压源性AC/DC变换器；根据是否存在高频隔离变压器又可以分为隔离型和非隔离型。

由三相桥式电路构成的非隔离三相电压源型AC/DC变换器，在整流工作时直流侧呈升压特性，三相380V交流电压经其变换后直流电压通常达600～800V，通常需要通过隔离变压器或者在后级加DC/DC变换器进行降压后才能接到低压直流母线上。此外，电压源型AC/DC变换器的整流模式是升压(boost)类型，存在启动冲击问题，需要在功率传输路径中加入启动限流措施，影响变换器效率和功率密度，同时，升压型电路在空载或轻载工作时，系统的闭环控制也存在较大的难度，难以兼顾控制的稳定性和快速动态响应特性。

隔离型AC/DC变换器通常需要两级式结构，一种是在前级加入工频隔离变压器，这会导致变换器整体体积重量大、成本高；另一种是在后级加入高频隔离双向DC/DC变换器，但是两级式功率变换对系统效率有很大的负面影响，并且现有的高频隔离双向DC/DC变换器宽电压变化范围条件下的特性较差，这种变换器难以适应宽输入输出电压变化的应用需求。

中国专利申请(公开号：CN108988676A)中通过采用单级式隔离型结构，省去了两级式变换器中间母线的大体积解耦储能电容，能够提高变换器的效率，但是该软开关型的单级式结构采用了两个移相全桥电路串联，导致功率传输需要流经四个功率器件的沟道，从而产生较大的传输损耗，影响了变换器效率的进一步提升。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及控制方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：