CN100563086C - 有源双向电力调节器 - Google Patents

有源双向电力调节器 Download PDF

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CN100563086C CNB2006101409571A CN200610140957A CN100563086C CN 100563086 C CN100563086 C CN 100563086C CN B2006101409571 A CNB2006101409571 A CN B2006101409571A CN 200610140957 A CN200610140957 A CN 200610140957A CN 100563086 C CN100563086 C CN 100563086C
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周宏亮
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Abstract

一种有源双向电力调节器,其包含一直流端、一双向直流/直流电力转换器、一直流/交流逆变器及一交流端。该直流端可接至一直流电源,该双向直流/直流电力转换器利用高频脉宽调制控制技术,可以产生一预设的直流电压或直流电流;该直流/交流逆变器作低频换向,进而将该预设的直流电压或直流电流转换成一预设的交流电压或交流电流;该交流端可连接至一负载,并可选择连接至一交流电源。该有源双向电力调节器具有体积小、控制电路简单、效率高及成本低的优点。

Description

有源双向电力调节器

技术领城

本发明涉及一种双向电力调节器,特别是涉及利用一双向直流/直流电力 转换器及一直流/交流逆变器所组成的有源双向电力调节器。 背景技术

有源电力调节器常用来提高负载的电力品质及改善负载电力特性,例如 有源电力调节器的直流端连接一蓄电池,以形成一离线式不间断电源系统, 该离线式不间断电源系统当市电供电正常时,市电经由该离线式不间断电源 系统内部的旁路路径,以供应电源予一负载,并且对该离线式不间断电源系

统内部的蓄电池充电;当市电供电异常时,该离线式不间断电源系统将内部 的蓄电池的直流电能,转换成为一交流电能,以f更供给该负载,进而防止该 负载受断电的影响。然而,由于成本及技术的原因,传统离线式不间断电源 系统放电的输出电压波形多为方波,该方波输出电压对某些负载(例如:变压 器)将造成危害,若该方波输出电压的离线式不间断电源系统连接至具有功 率因子修正的电源供应器负载时,亦会导致该方波输出电压的离线式不间断 电源系统发生过流保护,进而造成损害。

鉴于上述问题,许多的正弦波电压输出的离线式不间断电源系统装置被 研制出来,现有技术中的正弦波电压输出的离线式不间断电源系统,如美国 专利第5,625,539号,其公开了当市电供电正常时,由市电供应该负载所需 的能量;当市电供电异常时,利用一单向直流/直流电力转换器将储存在蓄电 池低电压直流电能升压转换成一较高电压的直流电能,并储存电能于一大电 容值的直流电容器中,然后依靠高频切换全桥式的直流/交流逆变器将储存于 该电容器的电能转换成正弦交流电压输出至该负载;另设有一组充电器,它 是在市电供电正常时负责对蓄电池充电,此电路结构控制电路复杂,且二级转换器皆为高频切换,导致效率低落;此外,需要一大电容值的直流电容器 作为二级电力转换器间的能量緩冲,不适合低成本的正弦波输出离线式不间 断电源系统。

另 一 现有的正弦波输出的离线式不间断电源系统,如美国专利第 6,094,363号,其公开了当市电供电正常时,由市电供应该负载所需的能量; 当市电供电异常时,利用一单向直流/直流电力转换器将蓄电池直流电压升压 转换成一类似全波整流的电压波形,然后依靠低频切换直^/交流逆变器,将 该全波整流的电压波形转换成一正弦交流电压输出至该负载;另"^殳有一组具 能量回收功能的充电器,负责对蓄电池充电的工作或回收多余的能量到蓄电 池,此电路结构不需要一大电容值的直流电容器作二级电力转换器间的能量 緩冲,且只有一电力转换级作高频切换,因此具有控制电路简单及效率高的 优点,但需要一组额外的充电器对蓄电池充电并回收多余的负载容量,将导 致成本的增加。

此外,有源电力调节器的直流端亦可连接到一太阳能电池或其它再生能 源,以作为该太阳能电池或其它再生能源与一配电系统的能量转换接口,传 统的太阳能电池与该配电系统的能量转换接口包含两个电力转换级(一直流 /直流转换器及一直流/交流逆变器),如美国专利第6,914,418号,其利用该

直沭u/直流转换器将太阳能电池产生的低压直流电能转换成高压直流电能,并

储存电能于一大电容值的直流电容器中,然后依靠高频切换全桥式的直流/ 交流逆变器将储存于该直流电容器的电能转换成正弦交流电压输出至该负 载或正弦交流电流送回该配电系统,然而该太阳能电池的能量转换接口的两 个电力转换级均利用高频脉宽调制技术控制,此电路结构需要一大电容值的 电容器作二级电力转换器间的能量緩冲,控制电路复杂,且该二级转换器皆 为高频切换,致使其效率偏低。发明内容

本发明的主要目的是解决上述现有技术中存在的问题,提供一种有源双 向电力调节器。

根据本发明的有源双向电力调节器,其包含一直流端、 一双向直流/直流 电力转换器、 一直流/交流逆变器及一交流端。其中, 一个直流端,其连接至

一个直流电源; 一个双向直流/直流电力转换器,其连接至该直流端且具有一 个高频隔离变压器及一个电感,其中该高频隔离变压器的 一次侧及二次侧均 连接数个电力电子开关,该高频隔离变压器的二次侧所连接的电力电子开关 的数量为两个,且该二个电力电子开关形成推挽式架构,该电感连接在该高 频隔离变压器的二次侧,该双向直流/直流电力转换器利用高频脉宽调制控制 技术,可以产生一个预设的电压及电流其中之一的信号,其中该电压及电流 的波形为一弦波整流波形,该弦波整流波形是指一正弦波经过全波整流之后 的波形; 一个直流/交流逆变器,其由四个电力电子开关及一个滤波电容组成, 其连接至该双向直流/直流电力转换器,该直流/交流逆变器的该四个电力电 子开关作低频换向,用以将该双向直流/直流电力转换器产生的具有该弦波整 流波形的电压及电流其中之一的信号转换成一个预设的交流电压及交流电 流其中之一的信号;及一个交流端,其连接至该直流/交流逆变器,该交流端 连接至一个负载,并连接至一个交流电源;其中当能量由该交流端传送至该 直流端时,该直流/交流逆变器的该电力电子开关组均截止,该直流/交流逆 变器形成一个整流器,该双向直流/直流电力转换器中该高频隔离变压器的一 次侧的电力电子开关均截止,该高频隔离变压器的二次侧的电力电子开关利 用高频脉宽调变进行控制该电感的电流为该弦波整流波形,通过该直流/交 流逆变器换向,在该交流端的输入电流为趋于一个与该交流电源的电压同相位的正弦波;其中当能量在该交流端与该直流端间双向传送时,该直流/ 交流逆变器的该电力电子开关组利用低频方波切换技术进行控制,其频率趋 于该交流电源频率,该高频隔离变压器的一次侧及二次侧的电力电子开关组 利用高频脉宽调变进行控制,且该高频隔离变压器的一次侧及二次侧的电力 电子开关组的切换动作为互补,产生具有该弦波整流波形的电压,通过该直 流/交流逆变器换向,在该交流端产生一正弦波电压输出。

基于相同的构思,本发明的另提供一种有源双向电力调节器,其包括: 一个直流端,其连接至一个直流电源; 一个双向直^/直流电力转换器,其连 接至该直流端且具有一个电感及一个高频隔离变压器,该高频隔离变压器的 一次侧及二次侧分别连接数个电力电子开关,该双向直^/直流电力转换器利 用高频脉宽调制控制技术,可以产生一个预设的电压及电流其中之一的信 号,其中该电压及电流的波形为一弦波整流波形,该弦波整流波形是指一正 弦波经过全波整流之后的波形; 一个直;t/交流逆变器,其连接至该双向直流 /直流电力转换器,该直力t/交流逆变器作低频换向用以将该双向直流/直流电 力转换器产生的具有该弦波整流波形的电压及电流其中之一的信号转换成 一个预设的交流电压及交流电流其中之一的信号;及一个交流端,其连接至 该直流/交流逆变器,该交流端连接至一个负载,并连接至一个交流电源;其 中该交流电源供应电能通过该有源双向电力调节器对该直流电源充电,该有 源双向电力调节器并具有主动电力滤波器的功能,利用该双向直流/直流电力 转换器的电力电子开关控制该电感的电流为一个补偿电流的整流波形,该补 偿电流的整流波形电流通过该直流/交流逆变器换向后在该交流端产生一个 交流补偿电流,该交流补偿电流注入该交流电源后可使其电流为与电压同相 位的正弦波,以滤除该负栽的谐波及无功;其中该直流电源的电压经检出后 送到一个充电控制器,而该交流电源的电压经检出后送到一个信号产生器以产生一基频正弦波信号,该基频正弦波信号与该交流电源电压的频率及相位 均相同,该充电控制器的输出信号与该基频正弦波信号送到一个乘法器相 乘,而一个计算电M收该负栽的电流检测信号与该交流电源的电压检测信 号,且该计算电路的输出信号为该负栽的谐波电流及基频无功电流成分之 和,该乘法器的输出信号与该计算电路的该输出信号送到一个加法器相加得 到一补偿电流信号,而一个极性判断电M收该交流电源的电压检测信号并 得到一正/负单位信号,该补偿电流信号及该正/负单位信号送到另 一乘法器 相乘,另 一控制器接收该另 一乘法器的输出信号及该双向直流/直流电力转换 器的该电感的电流检测信号,并输出一信号至一个脉宽调变器,以产生该双 向直流/直流电力转换器的高频隔离变压器的一次侧的电力电子开关及二次 側的电力电子开关的控制信号。

本发明所提供的有源双向电力调节器^1依靠一双向直流/直流电力转换 器利用高频脉宽调制技术控制以产生一预设的直流电压或直流电流,及一直 流/交流逆变器进行低频换向以将该预设的直流电压或直流电流转换成一预 设的交流电压或交流电流,本发明有源双向电力调节器的电路结构不需要一 大电容值的直流电容器作二级电力转换器间的能量緩冲,不需要一额外的充 电器,且只有一电力转换级作高频切换,因此具有体积小、控制电路简单、

效率提升及成本降低的效果。 附图说明

图1:本发明第一较佳实施例的有源双向电力调节器的结构示意图。 图2:本发明第一较佳实施例的有源双向电力调节器的双向直流/直流电 力转换器电路图。图3:本发明第一较佳实施例的有源双向电力调节器的直流/交流逆变器 电路图。

图4:本发明第一较佳实施例的有源双向电力调节器应用于具有功因修 正功能的不间断电源系统时的电路结构示意图。

图5a:本发明第一较佳实施例的有源双向电力调节器应用于具有功因修 正功能的不间断电源系统,且该双向直流/直流电力转换器在该交流电源正常 时的控制方块图。

图5b:本发明第一较佳实施例的有源双向电力调节器应用于具有功因修

正功能的不间断电源系统,且该双向直;;i/直流电力转换器在交流电源发生故

障时的控制方块图。

图6:本发明第一较佳实施例的有源双向电力调节器应用于具有主动电 力滤波器功能的不间断电源系统,且该双向直《u/直流电力转换器在主动电力 滤波器功能时的控制方块图。

图7:本发明第一较佳实施例的有源双向电力调节器应用于太阳能供电 系统的结构示意图。

图8:本发明第二较佳实施例的有源双向电力调节器的双向直流/直流电 力转换器电路图。

图9:本发明第三较佳实施例的有源双向电力调节器的双向直^/直流电 力转换器电路图。

【主要组件符号说明】

l有源双向电力调节器 IO直流端 11双向直流/直流电力转换器 12直i^/交流逆变兹 13交流端 2蓄电池 3负栽 4交流电源

5开关 60充电控制器 61信号产生器62乘法器 63控制器 64脉宽调制器

65絶对值电路 66控制器 67脉宽调制器

70充电控制器 71乘法器 72信号产生器

73计算电路 74加法器 75极性判断电路

76乘法器 77控制器 78脉宽调制器

8太阳能电池 9储能系统 Qa2电力电子开关

Ql电力电子开关 Qal电力电子开关 Ql电力电子开关

Q3电力电子开关 Q4电力电子开关 Q5电力电子开关

Q6电力电子开关 Qbl电力电子开关 Qb2电力电子开关

Qcl电力电子开关 Qc2电力电子开关 Qc3电力电子开关

Qc4电力电子开关 C滤波电容 C2等值电容器

C3等值电容器 L电感

具体实施方式

为进一步描述本发明的各个技术方案,现以本发明的优选实施例,并结

合附图,作详细说明如下:

请参照图1所示,本发明第一较佳实施例的有源双向电力调节器1包含 一直流端10、 一双向直沭u/直流电力转换器11、 一直it/交流逆变器12及一 交流端13。该直流端IO可接至一直流电源。

请参照图2所示本发明第一较佳实施例的双向直流/直流电力转换器11。 该双向直^/直流电力转换器11由四颗电力电子开关Qal、 Qa2、 Ql、 Q2、 一高频隔离变压器Tr及一电感L所组成,各该电力电子开关Qal、 Qa2、 Q1及Q2分别由 一 电力电子开关组件与一二极管反向并联而成,其中该电力 电子开关Qal及Qa2位于该高频隔离变压器的一次侧,以《更于一次侧形成 一推4免式结构并连接到该直流端10,而该电力电子开关Q1及Q2位于该高频隔离变压器的二次侧,当电能进^f亍双向传送时,该电力电子开关Qal、 Qa2、 Ql与Q2均进行高频脉宽调制控制,其中该电力电子开关Qal与Ql的切换 动作互补,而该电力电子开关Qa2与Q2的切换动作互补,该电力半导体开 关Qal与Qa2的切换其导通周期均小于0.5,且相差180度;当电能只由二 次侧往一次侧传送时,该电力电子开关Qal与Qa2完全截止,仅该电力电 子开关Ql与Q2进行高频脉宽调制控制,配合电力电子开关Qal与Qa2内 的二极管,此时该双向直流/直流电力转换器11操作成一电流馈入推挽式直 流/直流转换器。

请参照图3所示,本发明第一较佳实施例的直力t/交流逆变器12的电路 结构包含四颗电力电子开关Q3、 Q4、 Q5、 Q6及一滤波电容C。各该电力 电子开关Q3、 Q4、 Q5及Q6是由一电力电子开关组件与一二极管反向并联 而成,当能量只由该交流端13往直流端IO传送时,全部电力电子开关Q3、 Q4、 Q5及Q6均截止,此时利用该电力电子开关Q3、 Q4、 Q5及Q6内的 二极管形成一整流器;而当能量进行双向传送时,该电力电子开关Q3、 Q4、 Q5及Q6利用低频方波切换技术控制(趋于50/60Hz),其中该电力电子开关 Q3与Q6的切换动作相同,该电力电子开关Q4与Q5的切换动作相同,而 该电力电子开关Q3与Q4的切换动作互补。

请参照图4所示,该有源双向电力调节器第一较佳实施例应用于具有功 因^^正功能的不间断电源系统时的电路结构。该直流端IO连接到一直流电 源,该直流电源可为一蓄电池2,该交流端13与一负载3并联, 一交流电源 4经一开关5连接到该交流端13。当该交流电源4供电正常时,该交流电源 4经由该开关5供应电能至该负载3,并且依靠该有源双向电力调节器1对 该蓄电池2充电,亦即该有源双向电力调节器1的电能由该交流端13流向 该直流端10,此时该有源双向电力调节器1具有功因修正功能,亦即期望流入该有源双向电力调节器1的电流为与该交流电源4同相的弦波电流。

请再参考图3所示,该直i^交;i^l变器12的电路结构,当该交流电源4供 电正常时,电能由该交流端13流向该直流端10时,此时该直^/交流逆变器12 的四个电力电子开关Q3、 Q4、 Q5及Q6均截止,由于每个电力电子开关Q3、 Q4、 Q5及Q6均包^->=^管,所以该直^/交$腿变器121Mt成一整流器。

请再参考图2所示,该双向直i^/直流电力转换器11的电5^结构,当该交流 电源4供电正常时,电能由该交流端13流向该直流端10时,此时该双向直《L/直 流电力4^换器11的电能只由4侧往一次布條送,该双向直^/直流电力转换器 11的高频隔离变压器的二次侧电力电子开关Q1及Q2作高频脉宽调制控制,该高 频隔离变压器的一次侧电力电子开关完全截止,此时该双向直^/直流电力转换器 11才^ft成一电流馈入^^直^直a^换器,依靠该双向直J^直流电力转换器 11的高频隔离变压器的4侧电力电子开关Ql及Q2的控制,使该双向直*直 流电力转换器ll的电感L的电流为一振幅可控的弦波整^b皮形,其中所谓的弦波 整流波形是指一正弦波经过全波整^t^后的波形,经由该直^/交流逆变器12换 向,在该交流端13的输入电流为趋于一与该交流电源4的电压同相位的弦波,以 &)〗趋于#^功因的功能,并依靠弦波整流波形的振t^制来拴制该蓄电池2的 充电量。

请再参照图2至图4所示,当该交流电源4供电异常时,该开关5断开, 且该蓄电池2的储能经该有源双向电力调节器1转换成一趋于弦波的电压, 以提供该负载3所需的电能,亦即该有源双向电力调节器1的电能由该直流 端10流向该交流端13,然而该双向直^/直流电力转换器11的电能在考虑 到该负载3为非纯电阻性时,其瞬时电能可能双向流动,因此该双向直流/ 直流电力转换器11的该电力电子开关Qal、 Qa2、 Ql及Q2均作高频脉宽调 制控制,该电力电子开关Qal、 Qa2、 Q1及Q2的动作,请参照图2及本发明第^^实施例的双向直^/直流电力转换器11中电負&双向传送部顿说明,利 用该双向直it/直流电力转换器11的电力电子开关的控制,〗吏该双向直^/直流电力

转换器11的输出电压为一弦波整i^皮形,其频率趋于该交流电源4频率的两倍, 再考虑到该负栽3可能非纯电阻性,所以其瞬时能量可食^该交流端13与该直流 端10间双向传送,因此该直5^交^^变器12的四个电力电子开关Q3、 Q4、 Q5 及Q6作4繊方波切换,其<顿方波切鄉率趋于该交流电源4的频率,以便将该 双向直^直流电力转换器11的输出弦波整^^皮形电压,向为一交流弦波电压经该 交力«13彩0该负载3。

请参照图5(a)所示,该有源双向电力调节器第一较佳实施例应用于具有功因修 正功能的不间断电源系统,且该双向直流/直流电力转换器11在该交流电源4正常 时的控制方块图。该有源双向电力调节器1在该交流电源4供电正常时,该蓄电池 2的电压经检出后iH^J一充电控制器60,该交流电源4电压经检出后超'J"H言号产 生器61,以产生一#^振幅的弦波整流信号,其中所谓的弦波整流信号是指该信号 的波形与一正弦^^过全波整^^1后的波形相同,该^f^li幅弦波整流信号的频率 为该交流电源4频率的两倍,且其零点与该交流电源4的电压同步,该充电控制器 60的输出与该^i振幅弦波整流信号iH^一乘法器62相乘以得到一参考信号,该 双向直i^直流电力转换器11的电感L电流经检出后与该参考信号iHJ'j一控制器 63,该控制器63输出一信号,该信号超f-脉宽调制器64,以产生该双向直a/直 流电力转换器11高频隔离变压器的4侧电力电子开关Q1及Q2的控制信号。

请参照图5(b)所示,该有源双向电力调节器第一较佳实施例应用于具有 功因修正功能的不间断电源系统,且该双向直流/直流电力转换器11在交流 电源4发生故障时的控制方块。该交流端13的电压经检出后送到一绝对值 电路65,该绝对值电路65的输出与一参考信号送到一控制器66,该参考信 号为一弦波整流信号,该控制器66输出送到一脉宽调制器67以产生该双向直流/直流电力转换器11的该电力电子开关Qal、 Qa2、 Ql及Q2的控制信 号。

请再参照图2至图4所示,本发明的有源双向电力调节器第一较佳实施 例亦可应用于具有主动电力滤波器功能的不间断电源系统,其电路结构与应 用于具有功因l务正功能的不间断电源系统时完全相同,仅在控制上不同。请 再参考图4,当该交流电源4供电正常时,该交流电源4经由该开关5供应 电能至该负载3,并且通过该有源双向电力调节器;对该蓄电池2充电,此 时该有源双向电力调节器1亦具有主动电力滤波器的功能,用以滤除该负载 3产生的谐波及虚功,使该交流电源4的电流为趋于为与电压同相位的弦波。 由于该有源双向电力调节器l操作在主动电力滤波器功能时,其瞬时能量可 能在该交流端13与该直流端10间双向传送,因此该双向直流/交流转换器 12的四个电力电子开关Q3、 Q4、 Q5及Q6作低频方波切换,其低频方波切 换频率等于该交流电源4的频率;而该有源双向电力调节器1操作在主动电 力滤波器功能时,该双向直;t/直流电力转换器11的电能亦为双向传送模式, 因此该双向直^y直流电力转换器11的该电力电子开关Qal、 Qa2、 Ql及Q2 均作高频脉宽调制控制,该电力电子开关Qal、 Qa2、 Q1及Q2的动作请参 照图2及本发明第一较佳实施例的双向直^/直流电力转换器11中电能双向 传送部分的说明,利用该双向直,u/直流电力转换器11的电力电子开关的控 制,可4吏该双向直;t/直流电力转换器11的电感L电流为一补偿电流的整流 波形,该补偿电流包含一与该交流电源4电压同相位的弦波以注入一实功对 该蓄电池2充电及该负载3电流的谐波及虚功成分以滤除该负载3的谐波电 流并补偿虚功,该补偿电流的整流波形电流经该双向直it/交流转换器12换 向后产生一交流补偿电流由该交流端13输出,该吏流补偿电流注入该交流 电源4后可使该交流电源4的电流为与电压同相位的弦波,以达到趋于单位功因。当该交流电源4供电异常时,其操作原理与该有源双向电力调节器1 应用于具有功因4务正功能不间断电源系统时的原理相同,不再详述。

请参照图6所示,本发明的有源双向电力调节器第一较佳实施例应用于 具有主动电力滤波器功能的不间断电源系统,且操作在主动电力滤波器功能 时的控制方块图。该蓄电池2的电压检出后送到一充电控制器70,该交流电 源4电压检出后送到一信号产生器72产生一基频弦波信号,该基频弦波信 号与该交流电源4电压频率相同勤目位相同,该充电控制器70与该信号产 生器72的输出送到一乘法器71相乘,该负栽3电流与该交流电源4电压经 检出后送到一计算电路73,该计算电路73的输出为该负栽5的谐波电流及 基频虚功电流成分之和,该乘法器71与该计算电路73的输出送到一加法器 74相加可得到该补偿电流信号,该交流电源4电压经检出后亦送到一极性判 断电路75以得到一正/负单位信号(即± 1),该加法器74与该极性判断电路 75的输出送到一乘法器76相乘,该乘法器76的输出与该双向直流/直流电 力转换器11的电感L电流检出后送到一控制器77,该控制器77输出送到 一脉宽调制器78以产生该双向直^t/直流电力转换器11的该电力电子开关 Qal、 Qa2、 Q1及Q2的控制信号。

由图2至图4所示本发明有源双向电力调节器第一较佳实施例应用于不 间断电源系统的电路结构与传统有源电力调节器作为离线式不间断电源系 统比较,由于不需要一大电容值的直流电容器作二级电力转换器间的能量緩 冲,不需要一额外的充电器,且只有一电力转换级作高频切换,因此具有体 积小、控制电路简单、效率提升及成本降低的功效。

请参照图7所示,本发明的有源双向电力调节器1应用于一太阳能供电 系统。该直流端10亦连接至一直流电源,且该直流电源为一太阳能电池8 及一储能系统9,该储能系统9包含一蓄电池及其充/放电器,该交流端13与该负载3并联。该有源双向电力调节器l应用于一太阳能供电系统主要用 以将该太阳能电池8^iy或该储能系统9的直流电能转换到一交流电能供给该 负载3,其操作原理与该有源双向电力调节器l应用于具有功因修正功能的 不间断电源系统且当该交流电源4故障时的原理相同,不再详述。

由图2、图3及图7所示本发明有源双向电力调节器第一较佳实施例应 用于太阳能供电系统的电路结构与传统有源电力调节器作为太阳能系统的 能量转换接口比较,由于不需要一大电容值的直流电容器作二级电力转换器 间的能量緩冲,且只有一电力转换级作高频切换,因此具有体积小、控制电 路简单、效率提升及成本降低的功效。

请参照图8所示,本发明的有源双向电力调节器1的第二较佳实施例, 相较于第一较佳实施例,第二较佳实施例仅该双向直^/直流电力转换器11 的电路结构不同,所以图8仅揭示该双向直沪u/直流电力转换器11的实际电 路。相较于第一较佳实施例,第二较佳实施例的双向直流/直流电力转换器 11包含四颗电力电子开关Qbl、 Qb2、 Ql、 Q2、 二等值电容器C2、 C3、 一 高频隔离变压器Tr及一电感L,各该电力电子开关Qbl、 Qb2、 Q1及Q2分 别由一电力电子开关組件与一二极管反向并联而成,其中该电力电子开关 Qbl及Qb2位于该高频隔离变压器的一次侧,并配合该二等值电容器C2及 C3于一次侧形成一半桥式结构,而该电力电子开关Ql及Q2位于该高频隔 离变压器的二次側,当电能进^f亍双向传送时,该电力电子开关Qbl、 Qb2、 Ql与Q2均作高频脉宽调制控制,其中该电力半导体开关Qbl与Ql的切换 动作互补,该电力半导体开关Qb2与Q2的切换动作互补,而该电力半导体 开关Qbl与Qb2的切换其导通周期均小于0.5,且相差180度;而当电能只 由二次侧往一次侧传送时,该电力电子开关Qbl与Qb2完全截止,仅该电力电子开关Ql与Q2作高频脉宽调制控制,此时该双向直流/直流电力转换 器11搡作成一电流馈入推挽式直^/直流转换器。

请参照图9所示,本发明有源双向电力调节器1的第三较佳实施例,相

较于第一较佳实施例,第三较佳实施例仅该双向直ay直流电力转换器ii的

电路结构不同,所以图9仅揭示该双向直流/直流电力转换器11的实际电路。 相较于第一及第二较佳实施例,第三较佳实施例的双向直流/直流电力转换器 11包含六颗电力电子开关Qcl、 Qc2、 Qc3、 Qc4、 Ql与Q2、 一高频隔离变 压器Tr及一电感L。各该电力电子开关Qcl、 Qc2、 Qc3、 Qc4、 Ql与Q2 由一电力电子开关組件与一二极管反向并联而成,其中该电力电子开关Qcl、 Qc2、 Qc3与Qc4位于该高频隔离变压器的一次侧,以便于一次侧形成一全 桥式结构,而电力电子开关Ql及Q2位于该高频隔离变压器的二次侧。当 电能进行双向传送时,该电力电子开关Qcl、 Qc2、 Qc3、 Qc4、 Ql与Q2均 作高频脉宽调制控制,其中该电力半导体开关Qcl与Qc4的切换动作相同, 而与该电力半导体开关Ql的切换动作互补;该电力半导体开关Qc2与Qc3 的切换动作相同,而与该电力半导体开关Q2的切换动作互补,而该电力电 子开关Qcl与Qc2的切换其导通周期均小于0,5,且相差180度;而当电能 只由二次侧往一次侧传送时,该电力电子开关Qcl、 Qc2、 Qc3与Qc4完全 截止,仅该电力电子开关Q1与Q2作高频脉宽调制控制,此时该双向直流/ 直流电力转换器11操作成一电流馈入推挽式直《u/直流转换器。

Claims (13)

1、一种有源双向电力调节器,其特征在于,其包含: 一个直流端,其连接至一个直流电源; 一个双向直流/直流电力转换器,其连接至该直流端且具有一个高频隔离变压器及一个电感,其中该高频隔离变压器的一次侧连接两个或四个电力电子开关,且该高频隔离变压器的二次侧连接两个电力电子开关,该双向直流/直流电力转换器利用高频脉宽调制控制技术,可以产生一个预设的电压及电流其中之一的信号,其中该电压及电流的波形为一弦波整流波形,该弦波整流波形是指一正弦波经过全波整流之后的波形; 一个直流/交流逆变器,其连接至该双向直流/直流电力转换器,且该直流/交流逆变器具有四个电力电子开关,该直流/交流逆变器的电力电子开关作低频换向,用以将该双向直流/直流电力转换器产生的具有该弦波整流波形的电压及电流其中之一的信号转换,以将该其中之一的信号转换成一个预设的交流电压及交流电流其中之一的信号;及 一个交流端,其连接至该直流/交流逆变器,该交流端连接至一个负载,并连接至一个交流电源;其中当能量由该交流端传送至该直流端时,该直流/交流逆变器的电力电子开关均截止,该直流/交流逆变器形成一个整流器,该交流电源供应电能通过该有源双向电力调节器对该直流电源充电,该双向直流/直流电力转换器的电力电子开关控制该电感的电流为该弦波整流波形,通过该直流/交流逆变器换向,在该交流端的输入电流为趋于一个与该交流电源的电压同相位的正弦波,其中该双向直流/直流电力转换器包含下列控制电路: 该直流电源的电压经检出后送到一个充电控制器,而该交流电源的电压经检出后送到一个信号产生器,以产生一具有单位振幅的弦波整流信号,该弦波整流信号的波形为一弦波整流波形,该弦波整流信号的频率为该交流电源频率的两倍,且该弦波整流信号的零点与该交流电源的电压同步,该充电控制器的输出信号与该弦波整流信号送到一个乘法器相乘得到一参考信号,而另一控制器接收该双向直流/直流电力转换器的该电感的电流检测信号及该参考信号,并输出一信号至一个脉宽调变器,以产生该双向直流/直流电力转换器的高频隔离变压器的二次侧的电力电子开关的控制信号; 其中当能量在该交流端与该直流端间双向传送时,该直流/交流逆变器的电力电子开关利用低频方波切换技术进行控制,其频率趋于该交流电源频率,以使该双向直流/直流电力转换器产生的具有该弦波整流波形的电压换向,以换向成为一交流正弦波电压,并经该交流端送到该负载,其中该双向直流/直流电力转换器包含下列控制电路: 该交流端的电压经检出后送到一个绝对值电路,该绝对值电路的输出与一个参考信号送到一个控制器,该参考信号为该弦波整流信号,该控制器输出送到一个脉宽调制器,以产生该双向直流/直流电力转换器的该电力电子开关的控制信号。
2、 根据权利要求1所述的有源双向电力调节器,其特征在于,该直流 电源为一个蓄电池。
3、 根据权利要求1所述的有源双向电力调节器,其特征在于,该直流 电源为 一个太阳能电池及一个储能系统,该储能系统设有一个蓄电池及其充 /放电器。
4、 根据权利要求1所述的有源双向电力调节器,其特征在于,该电感 连接于该高频隔离变压器的二次侧及该直^/交流逆变器之间。
5、 根据权利要求1所述的有源双向电力调节器,其特征在于,该双向 直流/直流电力转换器的该高频隔离变压器一次側的电力电子开关数量为两 个,且该两个电力电子开关形成一个4麵恍式结构。
6、 根据权利要求1所述的有源双向电力调节器,其特征在于,该双向 直流/直流电力转换器的该高频隔离变压器一次侧的电力电子开关数量为两 个,且该高频隔离变压器的一次侧另设有两个容量相等的直流电容器,该二 个电力电子开关与该二个直流电容器形成一个半桥式架构。
7、 根据权利要求1所述的有源双向电力调节器,其特征在于,该双向 直^fu/直流电力转换器的高频隔离变压器一次侧的电力电子开关数量为四个, 且该四个电力电子开关形成一个全桥式架构。
8、 根据权利要求1所述的有源双向电力调节器,其特征在于,该有源 双向电力调节器单独供应电能给该负栽时,利用该双向直5t/直流电力转换器 的电力电子开关的控制,再通过该直^/交流逆变器使该交流端的电压趋于一 个正弦波,以供给该负栽。
9、 一种有源双向电力调节器,其特征在于,其包括: 一个直流端,其连接至一个直流电源;一个双向直^/直流电力转换器,其连接至该直流端且具有一个电感及一 个高频隔离变压器,该高频隔离变压器的一次侧连接两个电力电子开关,且 该高频隔离变压器的二次侧连接两个电力电子开关,该双向直流/直流电力转 换器利用高频脉宽调制控制技术,可以产生一个预设的电压及电流其中之一 的信号,其中该电压及电流的波形为一弦波整流波形,该弦波整流波形是指 一正弦波经过全波整流之后的波形;一个直流/交流逆变器,其连接至该双向直流/直流电力转换器,且该直 流/交流逆变器具有四个电力电子开关,该直流/交流逆变器的电力电子开关作^^频换向,用以将该双向直:t/直流电力转换器产生的具有该弦波整流波形 的电压及电流其中之一的信号转换,以将该其中之一的信号转换成一个预设的交流电压及交流电流其中之一的信号;及一个交流端,其连接至该直^/交流逆变器,该交流端连接至一个负载, 并连接至一个交流电源;其中该交流电源供应电能经由该有源双向电力调节 器对该直流电源充电,该有源双向电力调节器并具有主动电力滤波器的功能, 利用该双向直^/直流电力转换器的电力电子开关控制该电感的电流为一个补 偿电流的整流波形,该4hf尝电流的整流波形电流经由该直^/交流逆变器换向 后在该交流端产生一个交流^hf尝电流,该交流^M尝电流注入该交流电源后可使 其电流为与电压同相位的正弦波,以滤除该负载的谐波及无功;其中该直流电 源的电压经检出后送到一个充电控制器,而该交流电源的电压经检出后送到一 个信号产生器以产生一基频正弦波信号,该基频正弦波信号与该交流电源的电 压的频率及相位均相同,该充电控制器的输出信号与该基频正弦波信号送到一 个乘法器相乘,而一个计算电皿收该负载的电流检测信号与该交流电源的电压检测信号,且该计算电路的输出信号为该负载的谐波电伊u^4频无功电流成分#,该乘法器的输出信号与该计算电路的该输出信号送到一个加法器相加 得到一^hf尝电流信号,而一个极性判断电#收该交流电源的电压检测信号并 得到一正/负单位信号,该4H尝电流信号及该正/负单位信号送到另一乘法器相 乘,另一控制器接收该另一乘法器的输出信号及该双向直it/直流电力转换器 的该电感的电流检测信号,并输出一信号至一个脉宽调变器,以产生该双向直 a;直流电力转换器的该高频隔离变压器一次侧的电力电子开关及二次侧电力 电子开关的控制信号。
10、根据权利要求9所述的有源双向电力调节器,其特征在于,该有源双 向电力调节器单独供应电能给该负栽时,利用该双向直淘泉流电力转换器的电 力电子开关的控制,再经由该直5^/交流逆变器^f吏该交流端的电压趋于一个正弦波,以供给该负栽。
11、 根据权利要求9所述的有源双向电力调节器,其特征在于,该直流 电源为一个蓄电池。
12、 根据权利要求9所述的有源双向电力调节器,其特征在于,该电感 连接于该高频隔离变压器的二次侧及该直^/交流逆变器之间。
13、 根据权利要求9所述的有源双向电力调节器,其特征在于,该双向 直流/直流电力转换器的该高频隔离变压器的一次侧的电力电子开关数量为 两个,且位于该一次侧的该两个电力电子开关及位于该二次侧的该两个电力 电子开关均形成一个4侏挽式结构。
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