[发明专利]基于隔离变换器模块的单级式三相交直流变换器及方法

说明书

本发明公开一种基于隔离变换器模块的单级式三相交直流变换器及方法，变换器由同一相内的n个隔离变换器子模块的输入侧依次相互串联、输出侧相互并联构成，其中每一相包括一个输入电感和n个隔离变换器子模块，n为正整数；隔离变换器子模块由依次相连的输入滤波电容、输入侧H桥电路、串联谐振电路、输出侧H桥电路和输出滤波电容组成，输入滤波电容用于滤除由开关管动作引起的高频电压分量；输入侧H桥电路用以给交流电流的流通提供路径，并且将输入工频交流电压变换为高频交流电压；输出侧H桥电路由4个开关管构成，用于将高频交流电压变换为直流电压；输出滤波电容用于将输出侧H桥电路中开关管动作带来的高频分量滤除。

技术领域

本发明涉及三相交流变换为直流的功率变换器领域，特别是涉及一种基于隔离变换器模块的单级式三相交流-直流变换器及控制方法。

背景技术

智能配电网的发展，对电力系统的电能质量、稳定性及灵活性提出了更高的要求。当前交流配电网面临光伏、风电、分布式储能等新能源大量接入、用户侧需求多样化等挑战，因此，将中压交流电变为低压直流的AC/DC变换器设备得到了广泛关注。其中，面向智能配电网的电力电子变换器逐渐成为研究热点，通过电力电子器件和高频变压器实现隔离的AC/DC变换，并且具有高度的可控性和灵活性。

现有的应用于中压电网的交流-直流变换器通过AC/DC/DC两级式变换实现交直流转换，其中第一级通过H桥变换器将交流电压转换为直流电压，第二级利用高频变压器实现直流电压变换以及电气隔离功能，但第一级交直变换环节的直流输出端需要一个大容量电容提供电压支撑，占用体积较大，且不利于节省成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有两级式交流-直流变换器第一级直流端输出电容较大的不足，提供一种基于隔离变换器模块的单级式三相交流-直流变换器及控制方法，将两级变换方式变为单级变换，消除大容量电容，并且具备交流-直流功率变换、输入输出隔离、功率因数可控等功能，减小设备体积，节省成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于隔离变换器模块的单级式三相交直流变换器，由同一相内的n个隔离变换器子模块的输入侧依次相互串联、输出侧相互并联构成，其中每一相包括一个输入电感和n个矩阵变换器子模块，n为正整数；

隔离变换器子模块由依次相连的输入滤波电容、输入侧H桥电路、串联谐振电路、输出侧H桥电路和输出滤波电容组成，所述输入滤波电容用于滤除由开关管动作引起的高频电压分量；所述输入侧H桥电路中H桥的每个半桥臂均由两个开关管反向串联构成，用以给交流电流的流通提供路径，并且将输入工频交流电压变换为高频交流电压；所述串联谐振电路，由两个相同参数的谐振电容和一个高频变压器组成，两个谐振电容分别与高频变压器的初级绕组和次级绕组形成串联谐振，当电路的开关频率等于谐振频率时，能量将在谐振频率处进行传递；所述输出侧H桥电路由4个开关管构成，用于将高频交流电压变换为直流电压；所述输出滤波电容用于将输出侧H桥电路中开关管动作带来的高频分量滤除。

进一步的，所述开关管为带反向二极管的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)。

进一步的，所述输入侧H桥电路共包括八个开关管。

进一步的，包括以下步骤：

每个隔离变换器子模块的输入侧H桥电路的开关管以开关频率按规则交替导通，由此在输入侧H桥电路交流端口形成占空比为50％的高频方波电压，每一开关周期中高频方波电压的幅值等于当前时刻输入交流电压的幅值；从工频维度分析，各隔离变换器子模块输入侧H桥电路形成的高频方波电压幅值的包络线与其所在相隔离变换器子模块的输入交流电压相同。