[发明专利]宽范围双向变换电路及控制方法

说明书

本发明公开一种宽范围双向变换电路及控制方法，包括三级双向变换器及控制单元，三级双向变换器由非隔离DC/DC变换器、隔离DC/DC变换器和DC/AC逆变器依次连接而成；系统正向工作时，直流电源或储能设备经非隔离DC/DC变换器、隔离DC/DC变换器、DC/AC逆变器实现并网能量回馈；反向工作时，交流电压经整流电路、隔离DC/DC变换器、非隔离DC/DC变换器给直流负载供电或给储能装置充电。为适应不同功率等级、实现较高的输入电流纹波控制，非隔离变换器采用多相交错并联结构；为进一步拓宽实际应用中输入、输出范围的需求，隔离变换器可采用全桥/半桥变结构控制。整个系统具有输入直流电压范围宽、输出交流电压范围宽、负载范围宽、电流纹波小、高频隔离、效率高及节能环保等优势。

技术领域

本发明公开了一种宽直流电压输入、宽交流电压输出双向变换拓扑，属于电力电子变换器技术领域，适用于多电飞机电源系统、电池储能装置、混合风光互补系统、电动汽车和混合动力汽车等领域。

背景技术

为了提高分布式电源系统的稳定性和效率，更加充分地利用可再生能源，微电网受到国内外学者的广泛关注，其中并网双向DC/AC变换器是重要的组成部分。双向DC/AC变换器根据输入输出的状态，既要实现整流器功能又要实现逆变器功能。现在双向DC/AC变换器主要应用在多电飞机电源系统、电池储能装置、混合风光互补系统、电动汽车和混合动力汽车等领域中。

目前隔离双向DC/AC变换器主要由一个双向DC/DC变换器和一个双向逆变器级联而成，前后级控制独立。该方案控制实现灵活，但如何提高两级功率变换的系统效率是一大难点，且此方案不适用于输入输出电压范围宽、负载范围宽的情况。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺陷和不足，提出了一种宽直流电压输入、宽交流电压输出双向变换拓扑。该拓扑结构对称，满足了宽直流电压输入、宽交流电压输出双向变换的要求。

本发明提供上述双向变换拓扑结构的控制方法。

本发明为解决其技术问题，采用的具体技术方案如下：

一种宽范围双向变换电路，包括三级双向变换器及控制单元，所述三级双向变换器由非隔离DC/DC变换器、隔离DC/DC变换器和DC/AC逆变器依次连接而成；系统正向工作时，直流电源或储能设备经非隔离DC/DC变换器、隔离DC/DC变换器、DC/AC逆变器实现并网能量回馈；反向工作时，交流电压经整流电路、隔离DC/DC变换器、非隔离DC/DC变换器给直流负载供电或给储能装置充电。整个系统实现了直流输入电压范围宽、交流输出电压范围宽、负载范围宽、电流纹波小、高效率、高可靠性、兼容性强。

优选地，所述非隔离DC/DC变换器选用同步整流Cuk变换器或同步整流Boost变换器；其具有双向工作能力，正向输入端带有滤波电感，能实现较高的输入电流纹波控制。所述隔离DC/DC变换器选用全桥LLC谐振变换器、T型LLC谐振变换器或CLLC谐振变换器；所述DC/AC双向变换器选用H桥型逆变器或T-type逆变器。

优选地，所述非隔离DC/DC变换器采用多相交错并联结构；非隔离DC/DC变换器采用n相交错并联结构，n取1～6；当交错并联变换器工作的个数为m时，1≤m≤n，每相开关管驱动控制信号错开360°/m。

优选地，所述同步整流Cuk变换器包括第一开关管Q₁，第二开关管Q₂，滤波电感L₁，滤波电感L₂，电容C₁。该Cuk变换器输入端并联接直流被测设备或储能装置，输出端并联接母线电容C_bus1。由于Cuk变换器的输出电压与输入电压极性相反，故与第二级LLC谐振变换器相连时，Cuk变换器的输出正极接LLC谐振变换器的输入负极、输出负极接LLC谐振变换器的输入正极。