[发明专利]高变比双向AC/DC变换器及其控制方法、预充电方法

权利要求书

1.一种高变比双向AC/DC变换器，其特征在于，包括：谐振支路、高压子模块串支路以及低压交流端口；其中：

所述高压子模块串支路包括上串联分压器子模块串和下串联分压器子模块串，所述低压交流端口串联于上串联分压器子模块串和下串联分压器子模块串之间，形成串联结构，所述谐振支路与串联结构并联连接；

所述低压交流端口由三相支路并联构成，每一相支路均包括相互连接的上桥臂和下桥臂，所述上桥臂与所述上串联分压器子模块串连接，所述下桥臂与所述下串联分压器子模块串连接；

所述高变比双向AC/DC变换器还包括控制系统，所述控制系统包括高压子模块串控制部分和低压交流端口控制部分；其中：

所述高压子模块串控制部分包括：环流电压信号生成模块、环流指令信号生成模块、环流控制器模块以及直流侧电流控制模块，分别用于获得环流电压、环流控制电压以及直流侧电压调制量；根据获得的环流电压、环流控制电压以及直流侧电压调制量，得到总的调制电压，进而得到高压子模块串支路产生的电压；

所述低压交流端口控制部分，用于获得低压交流端口的直流电压与环流电压，进而得到低压交流端口中上、下桥臂的调制电压。

2.根据权利要求1所述的高变比双向AC/DC变换器，其特征在于，所述谐振支路包括电感和电容，所述电感和电容之间串联连接；

所述电感与上串联分压器子模块串连接；所述电容与下串联分压器子模块串连接。

3.根据权利要求1所述的高变比双向AC/DC变换器，其特征在于，所述上串联分压器子模块串和下串联分压器子模块串均包括若干个分压器子模块HSM，多个分压器子模块HSM之间串联连接；每一个所述分压器子模块HSM采用半桥拓扑结构或全桥拓扑结构。

4.根据权利要求1所述的高变比双向AC/DC变换器，其特征在于，所述上桥臂和下桥臂均由若干个桥臂子模块LSM与对应的桥臂电感串联构成。

5.根据权利要求4所述的高变比双向AC/DC变换器，其特征在于，所述桥臂子模块LSM采用半桥拓扑结构或全桥拓扑结构。

6.根据权利要求1所述的高变比双向AC/DC变换器，其特征在于，所述控制系统还包括如下任意一项或任意多项：

-所述环流电压信号生成模块，将给定的环流电压幅值与标准正弦信号相乘，获得环流电压；

-所述环流指令生成模块，采集变换器的输出功率，利用变换器的输出功率得到环流电流的幅值，对环流电流的幅值进行误差补偿，得到值a；采集高压子模块串支路中分压器子模块与低压交流端口中桥臂子模块电容电压，将分压器子模块电容电压平均值减去桥臂子模块电容电压平均值后乘以k_u，得到值b，值b通过PI控制器获得环流电流幅值的调节量；将值a和环流电流幅值的调节量相加后与标准正弦信号相乘，获得环流电流的指令值；其中，k_u为分压器子模块电容电压与桥臂子模块电容电压的比值；

-所述环流控制器模块，将直流侧输入电流与分压器子模块输入电流相减获得环流电流实际值，将环流电流实际值与环流电流指令值相减，经过比例控制器获得环流控制电压；

-所述直流侧电流控制模块，根据变换器输出功率与直流电压得到直流电流指令值的稳态部分；将低压交流端口中桥臂子模块电容电压平均值乘以k_u，并与高压子模块串支路中分压器子模块电容电压平均值相加后除以2，得到的值和高压子模块串支路的额定电压指令值相减，并通过PI控制器获得直流电流的调节量；将直流电流指令值的稳态部分和直流电流的调节量相加获得直流侧电流指令；直流侧电流指令值与直流侧电流实际值相减，通过PI控制器得到直流电压的控制量，将高压子模块串支路电压直流分量与直流电压的控制量相减，得到直流侧电压调制量；其中，k_u为分压器子模块电容电压与桥臂子模块电容电压的比值。