CN113507229A - 基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及控制方法 - Google Patents

基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113507229A
CN113507229A CN202110760169.7A CN202110760169A CN113507229A CN 113507229 A CN113507229 A CN 113507229A CN 202110760169 A CN202110760169 A CN 202110760169A CN 113507229 A CN113507229 A CN 113507229A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switched capacitor
energy storage
capacitor network
input
wide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110760169.7A
Other languages
English (en)
Inventor
江鸿翔
黄海耀
曾剑红
兰太寿
徐心靖
赵国胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maintenance Branch of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Maintenance Branch of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maintenance Branch of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd filed Critical Maintenance Branch of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Priority to CN202110760169.7A priority Critical patent/CN113507229A/zh
Publication of CN113507229A publication Critical patent/CN113507229A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，包括输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载；所述输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载依序级联。本发明相较于传统降压逆变系统，具有效率高、体积小、输入电压范围宽等优点，适用于大容量逆变场合。

Description

基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子变换技术领域，具体涉及一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及其方法。
背景技术
降压型逆变系统在新能源发电领域得到广泛应用，传统单相全桥型Buck逆变系统存在全桥桥臂直通问题，需设置控制死区，且直流输入电压范围有限，不适用于需要较宽输入电压范围的应用场合。双Buck型逆变系统，虽然改进了传统单相全桥型Buck逆变系统桥臂直通的问题，相较于单相全桥Buck型逆变系统其输入电压范围也有所改善，但同时也引入了另一路的储能输出电感，造成系统重量、成本和体积增加的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及其方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，包括输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载；所述输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载依序级联。
进一步的，所述开关电容网络包括两个储能电容C1、C2、三个高频斩波功率开关S5、S6和S7；所述高频斩波功率开关S7的一端与输入直流源的参考正极性端相连接，另一端与储能电容C1的参考正极性端及高频斩波功率开关S5的一端分别连接；所述高频斩波功率开关S5的另一端与储能电容C2的参考正极性端相连接；所述高频斩波功率开关S6的一端与储能电容C2的参考负极性端及输入直流电源的参考负极性端分别连接；所述高频斩波功率开关S6的另一端与储能电容C1的参考负极性端连接；储能电容C2的参考正极性端与单相高频组合调制开关的正母线端相连接，储能电容C1的参考负极性端与单相高频组合调制开关的负母线端相连接。
进一步的，所述单相高频组合调制开关由四个承受单相电压应力和双相电流应力的两象限功率开关构成。
进一步的，所述输出滤波电路由输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf依次级联构成。
一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统的控制方法，包括以下步骤：基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统输出电压反馈信号u o与输出电压参考u oref进入输出电压PI外环，PI调节器输出信号u e再与前馈控制信号u s1进入比较器1后产生系统储能占空比D，最后经过组合逻辑电路产生各开关管驱动信号。当输入电压或是输出负载突变时，通过控制储能占空比实现输出电压u o的稳定。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明相较于传统降压逆变系统，具有效率高、体积小、输入电压范围宽等优点，适用于大容量逆变场合。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图；
图2是本发明一实施例中电路拓扑图；
图3是本发明一实施例中系统的原理波形图
图4是本发明一实施例中系统的充磁等效电路图。
图5是本发明一实施例中系统的去磁等效电路图；
图6是本发明一实施例中系统的控制原理波形图；
图7是本发明一实施例中基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统的控制原理框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，包括输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载；所述输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载依序级联。
参照图2，在本实施例中，优选的，开关电容网络包括两个储能电容C1、C2、三个高频斩波功率开关S5、S6和S7；所述高频斩波功率开关S7的一端与输入直流源的参考正极性端相连接，另一端与储能电容C1的参考正极性端及高频斩波功率开关S5的一端分别连接；所述高频斩波功率开关S5的另一端与储能电容C2的参考正极性端相连接；所述高频斩波功率开关S6的一端与储能电容C2的参考负极性端及输入直流电源的参考负极性端分别连接；所述高频斩波功率开关S6的另一端与储能电容C1的参考负极性端连接。储能电容C2的参考正极性端与单相高频组合调制开关的正母线端相连接，储能电容C1的参考负极性端与单相高频组合调制开关的负母线端相连接。单相高频组合调制开关由四个承受单相电压应力和双相电流应力的两象限功率开关构成。输出滤波电路由输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf依次级联构成。
在本实施例中，还提供一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统的控制方法，包括以下步骤：储能电感在一个高频开关周期Ts内各充磁和去磁一次;
设Ui1为输入直流电压，u oref为输出参考电压;当
Figure DEST_PATH_IMAGE002
时,以输出电压正半周为例，在一个高频开关周期内，充磁周期DTs对应开关管S5 、S6、S11、S14导通，S7 、S12、S13关断，储能电感L f储能，开关电容网络内储能电容直接向交流负载提供能量。去磁周期(1- D)Ts， 对应开关管S7 、S11、S13和S14导通，S5 、S6、S12关断，储能电感L f释能，储能电感和滤波电容C f向负载提供能量。如图4、图5所示，为在一个高频开关周期内，所述的基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统的充磁等效电路图和去磁等效电路图。
设输出滤波电容C f两端电压在一个高频开关周期内不变化，由图4和图5等效电路可得,
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（3）
根据状态空间平均法，令
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，式（1）×D+式（2）×（1-D），可得，基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统的输入输出电压关系为,
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（4）
由式（4）可看出基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，工作在CCM模式下时，相较于传统单相全桥Buck式型降压逆变系统，它的电压传输比变成原来的0.5倍，使其具有宽输入特性，又由于其利用开关电容网络进行降压，使系统重量体积减小。
在本实施例中，参考图7，提供一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统采用输出电压反馈的PWM控制策略，如图7所示输出电压反馈信号u o与输出电压参考u oref进入输出电压PI外环，PI调节器输出信号u e再与前馈控制信号u s1进入比较器1后产生系统储能占空比D，最后经过组合逻辑电路产生各开关管驱动信号。当输入电压或是输出负载突变时，通过控制储能占空比实现输出电压u o的稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，其特征在于，包括输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载；所述输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载依序级联。
2.根据权利要求1所述的基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，其特征在于，所述开关电容网络包括两个储能电容C1、C2、三个高频斩波功率开关S5、S6和S7；
所述高频斩波功率开关S7的一端与输入直流源的参考正极性端相连接，另一端与储能电容C1的参考正极性端及高频斩波功率开关S5的一端分别连接；所述高频斩波功率开关S5的另一端与储能电容C2的参考正极性端相连接；所述高频斩波功率开关S6的一端与储能电容C2的参考负极性端及输入直流电源的参考负极性端分别连接；所述高频斩波功率开关S6的另一端与储能电容C1的参考负极性端连接；储能电容C2的参考正极性端与单相高频组合调制开关的正母线端相连接，储能电容C1的参考负极性端与单相高频组合调制开关的负母线端相连接。
3.根据权利要求1所述的基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，其特征在于，所述单相高频组合调制开关由四个承受单相电压应力和双相电流应力的两象限功率开关构成。
4.根据权利要求1所述的基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，其特征在于，所述输出滤波电路由输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf依次级联构成。
5.根据权利要求1-4任一所述的基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统输出电压反馈信号u o与输出电压参考u oref进入输出电压PI外环，PI调节器输出信号u e再与前馈控制信号u s1进入比较器1后产生系统储能占空比D，最后经过组合逻辑电路产生各开关管驱动信号;当输入电压或是输出负载突变时，通过控制储能占空比实现输出电压u o的稳定。
CN202110760169.7A 2021-07-06 2021-07-06 基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及控制方法 Pending CN113507229A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110760169.7A CN113507229A (zh) 2021-07-06 2021-07-06 基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110760169.7A CN113507229A (zh) 2021-07-06 2021-07-06 基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113507229A true CN113507229A (zh) 2021-10-15

Family

ID=78011275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110760169.7A Pending CN113507229A (zh) 2021-07-06 2021-07-06 基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113507229A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115441768A (zh) * 2022-09-26 2022-12-06 国网福建省电力有限公司 一种变拓扑的宽输入电压逆变系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204103793U (zh) * 2014-09-30 2015-01-14 马鞍山市安工大工业技术研究院有限公司 一种光伏并网逆变电路及开关控制电路
CN105896993A (zh) * 2016-05-30 2016-08-24 西安交通大学 一种多单元二极管电容网络高增益隔离型直流变换器
CN106059306A (zh) * 2016-05-30 2016-10-26 西安交通大学 一种多单元二极管电容网络高增益全桥隔离型直流变换器
CN107302307A (zh) * 2017-08-25 2017-10-27 广东工业大学 一种降压型多电平功率变换电路及逆变器
CN107482910A (zh) * 2017-09-15 2017-12-15 天津大学 双向开关电容直流变换器
CN107733221A (zh) * 2017-10-30 2018-02-23 西安交通大学 一种多单元耦合电感开关电容网络高增益直流变换器
CN110149065A (zh) * 2019-05-13 2019-08-20 郑州大学 一种升降压开关电容多电平逆变器及其调制方法
CN110224591A (zh) * 2019-06-04 2019-09-10 西安交通大学 一种非隔离型大降压比的dc-dc转换器
CN111987924A (zh) * 2020-08-18 2020-11-24 国网福建省电力有限公司检修分公司 一种单级单相高增益组合式升压逆变电路及升压逆变方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204103793U (zh) * 2014-09-30 2015-01-14 马鞍山市安工大工业技术研究院有限公司 一种光伏并网逆变电路及开关控制电路
CN105896993A (zh) * 2016-05-30 2016-08-24 西安交通大学 一种多单元二极管电容网络高增益隔离型直流变换器
CN106059306A (zh) * 2016-05-30 2016-10-26 西安交通大学 一种多单元二极管电容网络高增益全桥隔离型直流变换器
CN107302307A (zh) * 2017-08-25 2017-10-27 广东工业大学 一种降压型多电平功率变换电路及逆变器
CN107482910A (zh) * 2017-09-15 2017-12-15 天津大学 双向开关电容直流变换器
CN107733221A (zh) * 2017-10-30 2018-02-23 西安交通大学 一种多单元耦合电感开关电容网络高增益直流变换器
CN110149065A (zh) * 2019-05-13 2019-08-20 郑州大学 一种升降压开关电容多电平逆变器及其调制方法
CN110224591A (zh) * 2019-06-04 2019-09-10 西安交通大学 一种非隔离型大降压比的dc-dc转换器
CN111987924A (zh) * 2020-08-18 2020-11-24 国网福建省电力有限公司检修分公司 一种单级单相高增益组合式升压逆变电路及升压逆变方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈磊 等: ""基于开关电容的双向DC-DC 变换器及其单周期控制"", 《系统仿真学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115441768A (zh) * 2022-09-26 2022-12-06 国网福建省电力有限公司 一种变拓扑的宽输入电压逆变系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8441812B2 (en) Series resonant converter having a circuit configuration that prevents leading current
CN109039121B (zh) 一种高频隔离型交直流变换电路及其控制方法
CN111987924B (zh) 一种单级单相高增益组合式升压逆变电路及升压逆变方法
CN112234835B (zh) 一种可变结构组合型llc谐振变换器
JP3286673B2 (ja) 充電器用のコンバータ回路
CN112968621A (zh) 一种单级复合有源箝位推挽反激式逆变器
CN117691887B (zh) 一种超级电容储能型高过载单相逆变器电路及其控制方法
WO2022078121A1 (zh) 充电装置和车辆
CN113346750A (zh) 基于耦合电感的软开关同相buck-boost变换器及控制方法
CN114884318A (zh) 一种基于占空比补偿的双向升降压直流变换器控制方法
CN114257097A (zh) 一种多模式切换的宽输出直流变换器及其切换控制
CN212367151U (zh) 一种逆变电路
CN113507229A (zh) 基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及控制方法
CN113394996A (zh) Ac-dc谐振变换电路及其控制方法
CN114024439B (zh) 一种对称激励耦合电感分压辅助换流逆变器
CN212115161U (zh) 适于宽电压输入范围的dcdc变换器
CN115001284A (zh) 一种隔离单级双向多用途拓扑电路及其控制策略
CN114759802A (zh) 一种zvzcs全桥三电平dcdc变换器
CN113507230A (zh) 基于开关感容网络的组合式升压逆变系统及其控制方法
CN110729913B (zh) 一种单级式高增益五开关Boost型逆变器
CN109687743B (zh) 一种电源变换电路
TWI816719B (zh) 雙向dc-ac變換器及其控制方法
CN111555648A (zh) 一种逆变电路
CN118017861B (zh) 一种低共模电压的宽调压耦合电感型升降压逆变器
CN211151845U (zh) 一种裂相逆变电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20211015

RJ01 Rejection of invention patent application after publication