三相隔離型雙向ac-dc變換器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)了三相隔離型雙向AC-DC變換器及其控制方法，尤其是適用于作為交 流微網(wǎng)與蓄電池之間接口變換器的隔離型雙向AC-DC變換器及其改進(jìn)電流型SVPWM(Space VectorPulseWidthModulation，空間矢量脈寬調(diào)制）方法，屬于電力電子變換器的技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在交流微網(wǎng)系統(tǒng)中，光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電受自然條件的影響呈現(xiàn)出較大的波 動(dòng)性，而電網(wǎng)本身并不具備存儲(chǔ)能量的功能，因此需要儲(chǔ)能裝置來(lái)維持系統(tǒng)的功率平衡及 穩(wěn)定，蓄電池由于其存儲(chǔ)能量大，安裝方便以及成本優(yōu)勢(shì)在微網(wǎng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 蓄電池通過(guò)一個(gè)接口變換器直接與微網(wǎng)相連，在用電峰期，蓄電池放電，為負(fù)載提供能量； 在用電谷期，蓄電池充電，存儲(chǔ)富余的能量，因此連接蓄電池與電網(wǎng)的接口變換器必須能夠 實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。近年來(lái)，隨著微網(wǎng)及電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，雙向AC-DC變換器得到了 廣泛的關(guān)注。
[0003] 目前比較流行的雙向AC-DC變換器為PWM整流器，分為電壓型PWM整流器和電流 型PWM整流器兩種，其中后者實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)的一個(gè)重要條件是其直流側(cè)電壓可以反 向。電壓型PWM整流器的優(yōu)勢(shì)是網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)高，應(yīng)用成熟，劣勢(shì)是輸出電壓高，電壓 調(diào)節(jié)范圍??；電流型PWM整流器優(yōu)勢(shì)是輸出電壓可降壓，電壓調(diào)節(jié)范圍大，劣勢(shì)是存在LC震 蕩問(wèn)題，網(wǎng)側(cè)功率因素相對(duì)較低?？紤]到直流側(cè)和交流側(cè)的電壓匹配和安全隔離，加入隔離 變壓器是十分必要的。傳統(tǒng)的方式是在交流側(cè)加入工頻變壓器，然而工頻變壓器體積、重 量、噪聲和損耗都較大，不利于提高效率和功率密度。另一種方式是采用兩級(jí)式結(jié)構(gòu)，即前 級(jí)的PWM整流器加上后級(jí)的隔離型雙向DC/DC變換器。但是兩級(jí)式結(jié)構(gòu)對(duì)能量進(jìn)行了兩次 變換，導(dǎo)致效率下降，且較大的耦合電容降低了功率密度和壽命。此外還有一種方式是采用 無(wú)需直流母線的單級(jí)式結(jié)構(gòu)，如矩陣變換器，具有無(wú)需耦合電容，控制靈活，可以升降壓的 優(yōu)點(diǎn)，但是其雙向開(kāi)關(guān)管數(shù)量多，控制復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述【背景技術(shù)】中的一些不足，提供了一種三相 隔離型雙向AC-DC變換器及其控制方法，使得交流側(cè)三相整流/逆變橋和雙向開(kāi)關(guān)電路的 開(kāi)關(guān)管工作于低頻模式，降低了交流側(cè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗，變壓器的磁復(fù)位方式為有源磁 復(fù)位以降低直流側(cè)開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，解決了的兩級(jí)式變換器兩次能量變換以及傳統(tǒng)空間 矢量控制交流側(cè)開(kāi)關(guān)管高頻工作不利于效率提升的技術(shù)問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0006] 三相隔離型雙向AC-DC變換器，包括：交流側(cè)濾波器、三相整流/逆變橋、交流側(cè)開(kāi) 關(guān)電路、高頻變壓器單元、有源磁復(fù)位電路、直流側(cè)開(kāi)關(guān)電路、直流側(cè)濾波器，
[0007] 其中，所述交流側(cè)濾波器輸入端接三相交流電，三相整流/逆變橋的橋臂中點(diǎn)接 交流側(cè)濾波器輸出端，交流側(cè)開(kāi)關(guān)電路接在三相整流/逆變橋橋臂中點(diǎn)和高頻變壓器單元 原邊繞組兩端，有源磁復(fù)位電路并聯(lián)在高頻變壓器單元副邊繞組兩端，直流側(cè)開(kāi)關(guān)電路接 在有源磁復(fù)位電路和直流側(cè)濾波器輸入端之間。
[0008] 進(jìn)一步的，所述三相隔離型雙向AC-DC變換器的交流側(cè)濾波器包括：三相濾波電 感以及三相濾波電容，三相濾波電感的一端接三相交流進(jìn)線，三相濾波電容的一極分別與 三相濾波電感的另一端、三相整流/逆變橋的橋臂中點(diǎn)連接，三相濾波電容的另一極并接。
[0009] 進(jìn)一步的，所述三相隔離型雙向AC-DC變換器中，
[0010] 所述交流側(cè)開(kāi)關(guān)電路包括：第一M0SFET、第二M0SFET、三路雙向開(kāi)關(guān)；
[0011] 所述高頻變壓器單元中，原邊繞組包括第一高頻變壓器原邊繞組、第二高頻變壓 器原邊繞組，副邊繞組包括第一高頻變壓器副邊繞組、第二高頻變壓器副邊繞組；
[0012] 所述有源磁復(fù)位電路包括：第三M0SFET、第四M0SFET、第一復(fù)位電容、第二復(fù)位電 容；
[0013] 第一M0SFET的漏極與三相橋臂上橋臂的公共連接點(diǎn)相連，第一M0SFET的源極接 第一高頻變壓器原邊繞組的一端，第二M0SFET的漏極接第二高頻變壓器原邊繞組的一端， 第二M0SFET的源極與三相橋臂下橋臂的公共連接點(diǎn)相連，三路雙向開(kāi)關(guān)的一端分別與三 相整流/逆變橋的三個(gè)橋臂中點(diǎn)連接，三路雙向開(kāi)關(guān)的另一端均與第一高頻變壓器原邊繞 組的另一端、第二高頻變壓器原邊繞組的另一端連接，第一復(fù)位電容一極接第一高頻變壓 器副邊繞組的一端，第三M0SFET的漏極接第一復(fù)位電容另一極，第三M0SFET的源極與第一 高頻變壓器副邊繞組的另一端、第二高頻變壓器副邊繞組的一端以及第二復(fù)位電容的一極 相連接，第四M0SFET的漏極接第二復(fù)位電容另一極，第四M0SFET的源極接第二高頻變壓器 副邊繞組的另一端，第一高頻變壓器原邊繞組中連接第一M0SFET源極的一端與第一高頻 變壓器副邊繞組中連接第一復(fù)位電容的一端為同名端，第二高頻變壓器原邊繞組中連接第 一高頻變壓器原邊繞組的一端與第二高頻變壓器副邊繞組中連接第一高頻變壓器副邊繞 組的一端為同名端。
[0014] 進(jìn)一步的，所述三相隔離型雙向AC-DC變換器的直流側(cè)開(kāi)關(guān)電路包括：第五至第 八M0SFET，第五M0SFET的源極與第一高頻變壓器副邊繞組中連接第一復(fù)位電容的一端相 連，第五M0SFET的漏極接第六M0SFET的漏極，第六M0SFET的源極、第七M(jìn)0SFET的漏極與 第三M0SFET的源極連接在一起，第七M(jìn)0SFET的源極接第八M0SFET的源極，第八M0SFET的 漏極接第四M0SFET的源極。
[0015] 進(jìn)一步的，所述三相隔離型雙向AC-DC變換器的直流側(cè)濾波器包括：第一濾波電 感、第二濾波電感、直流側(cè)濾波電容，第一濾波電感的一端接第六M0SFET的漏極，第一濾波 電感的另一端接直流側(cè)濾波電容的正極，第二濾波電感的一端接直流側(cè)濾波電容的負(fù)極， 第二濾波電感的另一端接第七M(jìn)0SFET的源極。
[0016] 進(jìn)一步的，所述三相隔離型雙向AC-DC變換器的控制方法，
[0017] 向變換器中各開(kāi)關(guān)施以驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中，第五M0SFET與第六M0SFET互補(bǔ)導(dǎo)通且不 同時(shí)關(guān)斷，第七M(jìn)0SFET與第八M0SFET互補(bǔ)導(dǎo)通且不同時(shí)關(guān)斷；
[0018] 記錄開(kāi)關(guān)模態(tài)包含三相/整流逆變橋各開(kāi)關(guān)、三路雙向開(kāi)關(guān)、第五至第八M0SFET 通斷狀態(tài)；
[0019] 將不同開(kāi)關(guān)模態(tài)構(gòu)成的基本非零電流矢量所圍成的6扇區(qū)劃分為12扇區(qū)；
[0020] 選擇離期望電流空間矢量所在扇區(qū)最近的兩個(gè)非零矢量以及合適的零矢量作為 合成矢量，在合成矢量對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模態(tài)中，選擇三相整流/逆變橋中各開(kāi)關(guān)以及三路雙向 開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)相同的開(kāi)關(guān)模態(tài)。
[0021] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：
[0022] (1)本發(fā)明涉及的變換器中，高頻變壓器的工作狀態(tài)與正激類(lèi)似采用有源磁復(fù)位， 變壓器工作于第一、三象限，利用率較高，且可以減小直流側(cè)開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力；
[0023] (2)本發(fā)明涉及的變換器為Buck型結(jié)構(gòu)，具有輸出電壓范圍寬，無(wú)需直流母線即 可實(shí)現(xiàn)電氣隔離的特點(diǎn)，適用于降壓場(chǎng)合，適用于作為電網(wǎng)和蓄電池之間的接口變換器；
[0024] (3)本發(fā)明涉及的變換器采用改進(jìn)的電流型SVPWM的控制方式，將傳統(tǒng)的6個(gè)扇區(qū) 進(jìn)一步劃分為12個(gè)扇區(qū)，選擇三相整流/逆變橋中各開(kāi)關(guān)以及交流側(cè)開(kāi)關(guān)電路中的雙向開(kāi) 關(guān)的開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)相同的開(kāi)關(guān)模態(tài)進(jìn)行組合，使得交流側(cè)三相整流/逆變橋和三次諧波注 入電路的開(kāi)關(guān)管工作于低頻模式，有效降低了交流側(cè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗；
[0025] (4)本發(fā)明涉及是變換器相對(duì)于多級(jí)變換器不需要大容量耦合電容且變換效率 高，開(kāi)關(guān)數(shù)量相比于矩陣變換器較少簡(jiǎn)化控制。
[0026] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)