CN105429445A - 一种交直流微网双向变换器 - Google Patents

Abstract

一种交直流微网双向变换器，属于电力电子变换技术领域，所述变换器由直流输入、五个电感、四个电容、九个开关管、直流负载、直流母线、交流负载、交流母线组成。本发明的变换器由单一直流源供电，直流升压DC/DC变换器与DC/AC逆变器集成在单级变换器中。系统输出可为交直流微网中直流负载、单相交流负载和三相交流负载同时供电。本发明具有系统效率和功率密度高、实现功率双向流动、逆变环节不需加入死区时间、桥臂功率器件可以短路直通等优点。

Description

一种交直流微网双向变换器

技术领域

本发明涉及电力电子变换技术领域，尤其是一种交直流微网双向变换器。

背景技术

为解决能源紧缺、环境保护等问题，近年来太阳能等新能源和储能技术得到了广泛的应用，成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。接口变换器的选择是新能源和储能系统实现高效功率变换的关键问题。目前，实际中新能源和储能系统经过DC/DC变换器与直流微网母线或直流负载连接，再经过DC/AC变换器与交流微网母线或交流负载连接。由于经过两级变换器，系统效率降低。因此亟需改进变换器拓扑，提高能源利用率与功率密度和效率。

RitwikMajumder在IEEETransactionsonSmartGrid发表文章Ahybridmicrogridwithdcconnectionatbacktobackconverters中采用了独立的DC/DC和DC/AC变换器连接交直流微网母线和负载，属于两级变换，变换器效率低，单个变换器输出无法同时为直流负载、单相交流负载和三相交流负载供电。P.TeimourzadehBaboli等人在IETGener.Transm.Distrib.发表文章EnergymanagementandoperationmodellingofhybridAC–DCmicrogrid中采用DC/DC和DC/AC变换器连接交直流微网母线和负载，属于两级变换，变换器效率低，单个变换器输出无法同时为直流负载、单相交流负载和三相交流负载供电。因此，亟需一种高效率单级双向变换器，实现系统输出可为交直流微网中直流负载、单相交流负载和三相交流负载同时供电。

发明内容

本发明目的在于提供一种系统效率高、功率密度高、可靠性高、可实现功率双向流动的交直流微网双向变换器。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述变换器由直流输入、直流母线、直流负载、交流母线、交流负载、升压电感L、第一电感L_a、第二电感L_b、第三电感L_c、第四电感L_d、稳压电容C、第一电容C_a、第二电容C_b、第三电容C_c、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄、第五开关管S₅、第六开关管S₆、第七开关管S₇、第八开关管S₈和第九开关管S₉组成；其中，直流输入的P端与升压电感L一端相连，升压电感L的另一端分别与第一开关管S₁的集电极、第三开关管S₃的集电极、第五开关管S₅的集电极、第七开关管S₇的集电极、第九开关管S₉的发射极连接；第一开关管S₁的发射极分别与第二开关管S₂的集电极、第一电感L_a的一端连接；第三开关管S₃的发射极分别与第四开关管S₄的集电极、第二电感L_b的一端连接；第五开关管S₅的发射极分别与第六开关管S₆的集电极、第三电感L_c的一端连接；第七开关管S₇的发射极分别与第八开关管S₈的集电极、第四电感L_d的一端连接；第九开关管S₉的发射极分别与稳压电容C的一端、直流母线和直流负载的一端连接；第二开关管S₂的发射极、第四开关管S₄的发射极、第六开关管S₆的发射极、第八开关管S₈的发射极分别与直流输入的N端、稳压电容C的另一端、直流母线和直流负载另一端进行连接；第一电感L_a的另一端分别与第一电容C_a的一端、交流母线和交流负载连接；第二电感L_b的另一端分别与第二电容C_b的一端、交流母线和交流负载连接；第三电感L_c的另一端分别与第三电容C_c的一端、交流母线和交流负载连接；第四电感L_d的另一端分别第一电容C_a另一端、第二电容C_b另一端、第三电容C_c另一端相连。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、由于直流升压DC/DC变换器与DC/AC逆变器集成在单级变换器中，系统效率和功率密度高，且功率可以双向流动。

2、逆变部分不需加入死区时间，桥臂功率器件可以短路直通，系统可靠性提高。

3、系统输出可为交直流微网中直流负载、单相交流负载和三相交流负载同时供电。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明所述变换器由直流输入、直流母线、直流负载、交流母线、交流负载、升压电感L、第一电感L_a、第二电感L_b、第三电感L_c、第四电感L_d、稳压电容C、第一电容C_a、第二电容C_b、第三电容C_c、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄、第五开关管S₅、第六开关管S₆、第七开关管S₇、第八开关管S₈和第九开关管S₉组成。

其中，直流输入的P端与升压电感L一端相连，升压电感L的另一端分别与第一开关管S₁的集电极、第三开关管S₃的集电极、第五开关管S₅的集电极、第七开关管S₇的集电极、第九开关管S₉的发射极连接。

第一开关管S₁的发射极分别与第二开关管S₂的集电极、第一电感L_a的一端连接，连接点为“A”点。第三开关管S₃的发射极分别与第四开关管S₄的集电极、第二电感L_b的一端连接，连接点为“B”点。第五开关管S₅的发射极分别与第六开关管S₆的集电极、第三电感L_c的一端连接，连接点为“C”点。第七开关管S₇的发射极分别与第八开关管S₈的集电极、第四电感L_d的一端连接，连接点为“D”点。第九开关管S₉的发射极分别与稳压电容C的一端、直流母线和直流负载的一端连接。

第二开关管S₂的发射极分别与直流输入的N端、稳压电容C的另一端、直流母线和直流负载另一端进行连接；第四开关管S₄的发射极分别与直流输入的N端、稳压电容C的另一端、直流母线和直流负载另一端进行连接；第六开关管S₆的发射极分别与直流输入的N端、稳压电容C的另一端、直流母线和直流负载另一端进行连接；第八开关管S₈的发射极分别与直流输入的N端、稳压电容C的另一端、直流母线和直流负载另一端进行连接。

第一电感L_a的另一端分别与第一电容C_a的一端、交流母线和交流负载连接；第二电感L_b的另一端分别与第二电容C_b的一端、交流母线和交流负载连接；第三电感L_c的另一端分别与第三电容C_c的一端、交流母线和交流负载连接；第四电感L_d的另一端分别第一电容C_a另一端、第二电容C_b另一端、第三电容C_c另一端的连接点“n”相连。

电路有3种运行模式，分别为短路直通状态、功率变换状态以及零矢量状态。

1、短路直通状态时，第九开关管S₉断开，升压电感L储能，通过控制短路直通占空比控制直流输出电压。

2、功率变换状态时，开关管工作于有源矢量状态，第九开关管S₉导通，此时直流输出电压作为三相电压源逆变器的输入电压，通过调制度控制交流输出电压。

3、零矢量状态时，上桥臂开关管同时导通或下桥臂的开关管同时导通，第九开关管S₉导通，电感释放能量。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种交直流微网双向变换器，其特征在于：所述变换器由直流输入、直流母线、直流负载、交流母线、交流负载、升压电感L、第一电感L_a、第二电感L_b、第三电感L_c、第四电感L_d、稳压电容C、第一电容C_a、第二电容C_b、第三电容C_c、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄、第五开关管S₅、第六开关管S₆、第七开关管S₇、第八开关管S₈和第九开关管S₉组成；其中，直流输入的P端与升压电感L一端相连，升压电感L的另一端分别与第一开关管S₁的集电极、第三开关管S₃的集电极、第五开关管S₅的集电极、第七开关管S₇的集电极、第九开关管S₉的发射极连接；第一开关管S₁的发射极分别与第二开关管S₂的集电极、第一电感L_a的一端连接；第三开关管S₃的发射极分别与第四开关管S₄的集电极、第二电感L_b的一端连接；第五开关管S₅的发射极分别与第六开关管S₆的集电极、第三电感L_c的一端连接；第七开关管S₇的发射极分别与第八开关管S₈的集电极、第四电感L_d的一端连接；第九开关管S₉的发射极分别与稳压电容C的一端、直流母线和直流负载的一端连接；第二开关管S₂的发射极、第四开关管S₄的发射极、第六开关管S₆的发射极、第八开关管S₈的发射极分别与直流输入的N端、稳压电容C的另一端、直流母线和直流负载另一端进行连接；第一电感L_a的另一端分别与第一电容C_a的一端、交流母线和交流负载连接；第二电感L_b的另一端分别与第二电容C_b的一端、交流母线和交流负载连接；第三电感L_c的另一端分别与第三电容C_c的一端、交流母线和交流负载连接；第四电感L_d的另一端分别第一电容C_a另一端、第二电容C_b另一端、第三电容C_c另一端相连。