[发明专利]减小占宽比丢失的三相固态变压器拓扑及分离式调制方法

说明书

本发明公开了减小占宽比丢失的三相固态变压器拓扑及分离式调制方法，为一种新型减小占宽比丢失的三相电流型AC‑AC高频链矩阵式电力电子变压器拓扑及辅助谐振电路分离式控制策略，所述拓扑主要由三相交流电源、输入滤波器、前级矩阵变换器、辅助谐振电路、高频变压器、后级矩阵变换器、输出滤波器以及负载连接构成；辅助谐振电路由两个共集电极连接的开关管S₂、S₁与并联电容器C_r组成。通过电流型空间矢量中零矢量桥臂直通思路与谐振周期电流过零的思路相结合，对辅助谐振电路采用分离式控制策略，可有效减小占空比丢失，减小功率损耗，提高传输效率。

技术领域

本发明涉及减小占宽比丢失的三相固态变压器拓扑及分离式调制方法，属于电力电子功率变换器拓扑及其调制领域。

背景技术

电力电子变压器与传统变压器相比，具有体积小、重量轻、电压频率可控等优点，可以广泛应用于配电网、微电网、光伏发电及能源路由器中。

电力电子变压器也称固态变压器，按照变换级数可以分为单级和多级固态变压器。多级固态变压器具有直流链路，可与可再生能源或存储系统相接。但是，多级固态变压器由于系统结构的多级性，产生了效率低、功率密度低、可靠性差的缺点。由矩阵变换器组成的单级电力电子变压器变换等级少，效率高，同时具有电压幅值可调、输出频率可调的优点。在该系统中，由于矩阵变换器中不存在直流环节，不需要使用寿命短的电解电容器，因此该类拓扑具有使用寿命长、体积小、效率高等优点。

空间矢量调制是三相单级式电力电子变压器常用的调制方法，部分空间矢量调制策略会带来占宽比丢失的问题。针对电流型三相矩阵式电力电子变压器占宽比丢失问题，公开号为：CN112436733A，名称为：“减小占空比丢失的三相谐振拓扑及其辅助开关调制方法”的发明专利公开了一种可减小占空比丢失的三相电力电子变压器拓扑及辅助谐振电路整体式控制方法；该专利技术中，辅助谐振电路由共发射极连接的双向开关管、并联电容器C_r、电阻R_r组成，双向开关管采用整体式控制；该专利技术中，所使用的辅助双向开关管整体式调制方案存在使并联电容器C_r短路的时刻，会造成电容的电流尖峰，为解决此问题，该专利中提出了改进的辅助谐振电路，即给C_r串联了一个较小的电阻R_r，图5、图6与图7均有说明。该专利技术虽然可达到减小占空比丢失的目的，但由于变换器谐振过程中电阻R_r吸收有功功率，会带来功率损耗。

本发明专利对上述专利进行了优化，包括辅助谐振电路结构的优化以及辅助谐振电路控制方式的优化，既能解决电流尖峰的问题，同时也解决了电阻造成的功率损耗的问题，也可以达到减小占宽比丢失的目的。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种减小占宽比丢失的三相固态变压器拓扑及分离式调制方法，通过增加辅助谐振回路减小占空比丢失，提高传输功率，减小网侧电流畸变因数，改善输出电压电流波形的正弦度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

减小占宽比丢失的三相固态变压器拓扑，包括三相交流电源u_a、u_b、u_c，三相LC输入滤波器，高频变压器原边矩阵变换器，辅助谐振电路，高频变压器，高频变压器副边矩阵变换器，三相CL输出滤波器及三相负载R_a、R_b、R_c；