CN114448285A - 三相单级隔离双向ac-dc变换器拓扑结构及其控制方法 - Google Patents

三相单级隔离双向ac-dc变换器拓扑结构及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力电子变换器技术领域，提供了一种三相单级隔离双向AC‑DC变换器拓扑结构及其控制方法。其中，三相单级隔离双向AC‑DC变换器拓扑结构，包括：三相交流侧滤波器，三相交流侧变换器，所述三相交流侧变换器由三个交流侧H半桥组成；高频变压器；直流侧变换器；直流侧滤波器。本发明给出的三相单级隔离双向AC‑DC变换器拓扑结构，实现了低成本、高功率密度以及高性能的双向AC‑DC的功率变换。

Description

三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子变换器技术领域，尤其涉及一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构及其控制方法。
背景技术
随着储能技术的发展，以锂电池、超级电容等储能元件为基础的便携式消费应用，对具有高性价比、高功率密度、电气隔离、双向功率变换的AC-DC(交流-直流)功率变换器产生了巨大的需求。
目前，针对三相AC-DC功率变换应用，典型的双向隔离AC-DC功率变换器包含工频隔离和高频隔离两种技术路线。其中，采用高频隔离变换技术实现三相隔离双向AC-DC变换具有无源器件体积重量小、功率密度高的显著优势。
现有技术中，基于高频隔离的双向AC-DC功率变换器，通常采用AC-DC-DC两级功率变换拓扑结构和基于矩阵结构的AC-DC单级功率变换拓扑结构。
AC-DC-DC两级功率变换拓扑结构，前级采用AC-DC实现工频交流和中间直流之间的双向功率变换，后级DC-DC采用高频交流链路实现电气隔离，并实现中间直流和目标直流之间的双向功率变换，整个AC-DC-DC功率变换器包含两级功率变换，所需功率开关器件数量多，成本高，损耗高，整机效率偏低。
基于矩阵结构的AC-DC单级功率变换拓扑结构，三相AC端采用矩阵变换器电路结构，通过高频变压器实现电气隔离，直流侧采用H桥结构，具有单级功率变换损耗低的优势，但开关器件数量相比AC-DC-DC两级功率变换拓扑结构并未减少，整机硬件成本偏高，且控制复杂度增加。
发明内容
本发明提供一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构及其控制方法，用以解决现有技术中高频隔离的双向AC-DC功率变换器的成本高、整机效率偏低的缺陷，实现高性价比和高功率密度的三相隔离双向AC-DC的功率变换。
本发明提供一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，包括：
三相交流侧滤波器，所述三相交流侧滤波器的三个连接点连接于三相交流电源或负载；
三相交流侧变换器，所述三相交流侧变换器由三个交流侧H半桥组成，每一所述交流侧H半桥的功率开关器件包括第一功率开关器件和第二功率开关器件；所述第一功率开关器件的阴极端与所述第二功率开关器件的阳极端相连，三个所述交流侧H半桥的第二功率开关器件的阴极端相连，或，所述第一功率开关器件的阴极端与所述第二功率开关器件的阴极段相连，三个所述H半桥的第二功率开关器件的阳极端相连；三个所述交流侧H半桥的第一功率开关器件的阳极端为所述三相交流侧变换器的三相工频输出端，所述三相工频输出端与所述三相交流侧滤波器的三相端口相连，三个所述H半桥的第一功率开关器件和第二功率开关器件之间的连接端为所述三相交流侧变换器的三相高频输出端；
高频变压器，所述高频变压器的原边连接于三相交流侧交流链路，所述高频变压器的副边连接于三相直流侧交流链路，所述三相交流侧交流链路与所述三相交流侧变换器的三相高频输出端相连；
直流侧变换器，所述直流侧变换器的三个连接点与所述三相直流侧交流链路相连；
直流侧滤波器，所述直流侧滤波器的一端与所述直流侧变换器的另一端连接，所述直流侧滤波器的另一端连接于直流电源。
根据本发明提供的一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，所述三相交流侧交流链路的各相支路还串联有低频隔离电容，和/或，所述三相直流侧交流链路的各相支路还串联有低频隔离电容，所述低频隔离电容用于从所述三相交流侧变换器产生的三相高低频混合脉冲电能波形中分离出直流分量、工频分量以及相关的低频分量，使得通过所述高频变压器的仅有高频脉冲电能。
根据本发明提供的一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，所述三相交流侧交流链路的各相支路还串联有高频电感，和/或，所述三相直流侧交流链路的各相支路还串联有高频电感。
根据本发明提供的一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，所述三相交流侧变换器的功率开关器件为IGBT功率开关器件、IEGT功率开关器件或MOSFET功率开关器件中的一种。
根据本发明提供的一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，所述三相交流侧滤波器为LC型滤波器、CLC型滤波器或RLC型滤波器中的一种。
根据本发明提供的一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，所述直流侧变换器由三个并联的直流侧H半桥组成，三个所述直流侧H半桥的两功率开关器件的中间连接点与所述三相直流侧交流链路连接，三个所述直流侧H半桥的两端与所述直流侧滤波器连接。
根据本发明提供的一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，所述直流侧滤波器为C型滤波器、LC型滤波器或LRC型滤波器中的一种。
本发明还提供一种基于上述任一种所述的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的控制方法，包括：
通过双向功率变换控制，实现所述三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构功率大小的调整和功率流动方向的控制；
其中，所述三相交流侧变换器的功率开关器件和所述直流侧变换器的功率开关器件采用相同的高频开关频率；所述三相交流侧变换器根据三相交流调制比指令采用高频斩波的方式，将三相工频交流电斩波成占空比可调的三相高低频混合脉冲电能，所述三相交流侧变换器的三个所述交流侧H半桥中，交流输入相电压最低的所述交流侧H半桥的功率开关器件处于恒开通模式，交流输入相电压较高的两个所述交流侧H半桥的功率开关器件采用高频PWM开关模式，所述高频PWM开关模式的控制信号根据所述三相交流调制比产生，所述三相高低频混合脉冲电能经所述低频隔离电容后，仅剩余高频脉冲电能通过所述高频变压器；所述直流侧变换器根据直流调制比指令，将直流电变换为占空比可调的三相高频脉冲电能。
根据本发明提供的一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的控制方法，所述双向功率变换控制包括：
根据原副边移相角指令，控制所述三相交流侧变换器产生的三相高频脉冲电能和所述直流侧变换器产生的三相高频脉冲电能之间的相位差，实现功率大小的调整和功率流动方向的控制；
和/或，改变所述三相交流调制比指令和直流调制比指令大小，实现功率大小的调整。
根据本发明提供的一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的控制方法，所述根据原副边移相角指令，控制所述三相交流侧变换器产生的三相高频脉冲电能和所述直流侧变换器产生的三相高频脉冲电能之间的相位差的步骤，包括：
在所述三相交流侧变换器的每两相输入工频线电压过零时，控制该线电压对应的原副边移相角指令反相，或，控制该线电压对应的所述直流侧变换器输出线电压的输出脉冲反相。
本发明提供的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构及其控制方法，实现了低成本、高功率密度以及高性能的双向AC-DC的功率变换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的电路原理图；
图2是本发明提供的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的交流侧H半桥结构示意图，其中，(a)为功率开关器件的结构示意图；(b)为两个功率开关器件同向串联的交流侧H半桥结构示意图；(c)为两个功率开关器件共阴极反向串联的交流侧H半桥结构示意图；
图3是本发明提供的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的控制方法的三相交流侧变换器控制示意图；
图4是本发明提供的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的三相交流侧变换器产生的高低频混合脉冲电能波形示意图；
图5是本发明提供的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的直流侧变换器产生的高频脉冲电能波形示意图；
图6是本发明提供的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的低频隔离电容工作波形示意图；
图7是本发明提供的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的控制方法的移相控制波形示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图7描述本发明的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构及其控制方法。
请结合参阅图1和图2，本发明实施例中，三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，包括：
三相交流侧滤波器，所述三相交流侧滤波器的三个连接点连接于三相交流电源或负载；
三相交流侧变换器，所述三相交流侧变换器由三个交流侧H半桥组成，每一所述交流侧H半桥的功率开关器件包括第一功率开关器件和第二功率开关器件；所述第一功率开关器件的阴极端与所述第二功率开关器件的阳极端相连，三个所述交流侧H半桥的第二功率开关器件的阴极端相连，或，所述第一功率开关器件的阴极端与所述第二功率开关器件的阴极段相连，三个所述H半桥的第二功率开关器件的阳极端相连；三个所述交流侧H半桥的第一功率开关器件的阳极端为所述三相交流侧变换器的三相工频输出端，所述三相工频输出端与所述三相交流侧滤波器的三相端口相连，三个所述H半桥的第一功率开关器件和第二功率开关器件之间的连接端为所述三相交流侧变换器的三相高频输出端；
高频变压器，所述高频变压器的原边连接于三相交流侧交流链路，所述高频变压器的副边连接于三相直流侧交流链路，所述三相交流侧交流链路与所述三相交流侧变换器的三相高频输出端相连；
直流侧变换器，所述直流侧变换器的三个连接点与所述三相直流侧交流链路相连；
直流侧滤波器，所述直流侧滤波器的一端与所述直流侧变换器的另一端连接，所述直流侧滤波器的另一端连接于直流电源。上述电路结构中，三相交流侧滤波器用于滤除交流侧电压和电流中的谐波，以提高交流电能质量。所述三相交流侧滤波器可为电容、电感、电阻组成的LC型滤波器，CLC型滤波器或RLC型滤波器中的一种。当然，三相交流侧滤波器不限于上述几种类型，本实施例中所给出的三相交流侧滤波器为LC型滤波器，由三相电感Lga、Lgb、Lgc和三相电容Cgab、Cgbc、Cgca组成，三相交流侧滤波器的u/v/w端连接至三相交流电源或负载，o/p/q端则连接三相交流侧变换器。
三相交流侧变换器由三相功率开关器件组成，通过功率开关器件有序的高频开关动作(高频相对工频而言)，将三相工频交流波形斩波成三相高低频混合脉冲波形，实现工频交流和高频交流之间的双向功率变换。本实施例中，其中一交流侧H半桥由第一功率开关器件T1和第二功率开关器件T2组成，另一交流侧H半桥由第一功率开关器件T3和第二功率开关器件T4组成，又一交流侧H半桥由第一功率开关器件T5和第二功率开关器件T6组成，每个交流侧H半桥包含三个连接点，每个交流侧H半桥的第一功率开关器件的阳极端为阳极L点，第二功率开关器件的阴极端或阳极端为阴极N点，第一功率开关器件和第二功率开关器件之间为输出极M点，三个交流侧H半桥的L点分别与三相交流侧变换器的o/p/q端相连，三个交流侧H半桥的N点直接相连，三个交流侧H半桥的M点为三相高频输出端，用于连接三相交流侧交流链路。
本发明实施例中，所述三相交流侧变换器的功率开关器件为集成反并联二极管的IGBT功率开关器件、IEGT功率开关器件或MOSFET功率开关器件中的一种。当然，三相交流侧变换器的功率开关器件不限于上述几种类型，凡通过开关动作实现功率变换的半导体功率开关器件，均适用于本实施例。其中，功率开关器件为IGBT功率开关器件时，IGBT集电极定为阳极，IGBT发射极定为阴极；功率开关器件为MOSFET功率开关器件时，MOSFET漏极定为阳极，MOSFET源极定为阴极。
本发明给出的三相交流侧变换器的拓扑结构，采用三个交流侧H半桥并联构成工频交流和高频交流之间的双向功率变换器，相比常规的矩阵型变换器和双级变换器拓扑结构，具有开关器件数量少、成本低的显著优势。
请结合参阅图1，本发明实施例中，高频变压器构成的交流链路主要用于传输交流电能分量，其原边连接于三相交流侧交流链路，副边连接于三相直流侧交流链路，此处所说的高频变压器的原边和副边仅为变压器两个端口的称谓，可互换。
所述三相交流侧交流链路的各相支路还串联有低频隔离电容，和/或，所述三相直流侧交流链路的各相支路还串联有低频隔离电容，所述低频隔离电容用于从所述三相交流侧变换器产生的三相高低频混合脉冲电能波形中分离出直流分量、工频分量以及相关的低频分量，使得通过所述高频变压器的仅有高频脉冲电能。
这样，从而避免高频变压器因交流链路中的直流分量、低频分量导致变压器磁饱和。低频隔离电容CA、CB、CC分别串联在三相交流侧交流链路的各相支路中，低频隔离电容CA、CB、CC应保证交流链路中的高频脉冲电能分量以较小的代价通过，而低频脉冲电能分量基本无法通过，从而实现低频分量的隔离。相比常规双向直流变换器中利用电容仅分离直流分量以防止变压器磁饱和的拓扑结构而言，本发明利用低频隔离电容分离交流链路中的直流和低频交流分量，保证通过高频变压器的仅有高频分量，从而实现高频电能传输，由此，高频变压器采用高频设计，从而减小体积和重量。请结合参阅图6，三相交流侧变换器产生的高低频混合脉冲电能波形uAB经过低频隔离电容CA和CB后，仅高频脉冲电能uab通过高频变压器，从而避免了高频变压器因低频分量导致的磁饱和。
另外，所述三相交流侧交流链路的各相支路还串联有高频电感，和/或，所述三相直流侧交流链路的各相支路还串联有高频电感。
高频电感用于调节传输功率，可采用独立电感的形式，也可集成在高频变压器中，或可直接用高频变压器的各相漏感进行代替。高频电感可等效放置在高频变压器的原边或副边，或同时串联在三相交流侧交流链路和三相直流侧交流链路的各相支路中。本实施例中，高频电感LA、LB、LC的工作频率为高频，其直接串联在三相交流侧交流链路的各相支路中，用于调节传输功率的大小。当然，根据应用需要，高频电感也可取消。
本实施例中，在交流链路中，包含三相结构，每相的低频隔离电容、高频电感、高频变压器原边绕组串联构成交流侧交流链路支路，高频变压器副边构成三相直流侧交流链路支路。高频变压器包含两套三相绕组，其工作频率为高频，高频变压器原副边绕组的匝比根据交流电压和直流电压的幅值进行设计，以实现交直流电压的匹配，提高功率变换效率；高频变压器在实现交流侧和直流侧电气隔离的同时，传输高频交流双向功率。
请结合参阅图1，本发明一实施例中，所述直流侧变换器由三个并联的直流侧H半桥组成，三个所述直流侧H半桥的两功率开关器件的中间连接点与所述三相直流侧交流链路连接，三个所述直流侧H半桥的两端与所述直流侧滤波器连接。
直流侧变换器的功率开关器件以高频开关动作，其开关频率与高频变压器的工作频率相同，将直流电能变换为高频脉冲电能，实现高频交流和直流的双向功率变换。本实施例中，三相直流侧H半桥由集成反并联二极管的S1～S6功率开关器件组成，功率开关器件可以但不限于为IGBT功率开关器件、IEGT功率开关器件或MOSFET功率开关器件。
直流侧滤波器用于滤除直流电压和电流中的纹波，所述直流侧滤波器可为电容、电感、电阻组成的C型滤波器、LC型滤波器或LRC型滤波器中的一种。本实施例中，直流侧滤波器为LC型滤波器，由Cdc和Ldc组成。
这样，基于上述实施例，相较于现有的高频隔离的双向AC-DC功率变换器的拓扑结构而言，本发明给出的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，实现了低成本、高功率密度以及高性能的双向AC-DC的功率变换。
请结合参阅图3至图7，本发明还提供一种基于上述所述的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的控制方法，包括：
通过双向功率变换控制，实现所述三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构功率大小的调整和功率流动方向的控制；
其中，所述三相交流侧变换器的功率开关器件和所述直流侧变换器的功率开关器件采用相同的高频开关频率；所述三相交流侧变换器根据三相交流调制比指令采用高频斩波的方式，将三相工频交流电斩波成占空比可调的三相高低频混合脉冲电能，所述三相交流侧变换器的三个所述交流侧H半桥中，交流输入相电压最低的所述交流侧H半桥的功率开关器件处于恒开通模式，交流输入相电压较高的两个所述交流侧H半桥的功率开关器件采用高频PWM开关模式，所述高频PWM开关模式的控制信号根据所述三相交流调制比产生，所述三相高低频混合脉冲电能经所述低频隔离电容后，仅剩余高频脉冲电能通过所述高频变压器；所述直流侧变换器根据直流调制比指令，将直流电变换为占空比可调的三相高频脉冲电能。
具体的，请结合参阅图3和图4，三相交流侧变换器的六个功率开关器件T1～T6以高频开关动作，按照图3所示的控制方法，将三相工频交流波形斩波成占空比可调的三相高低频混合脉冲电能波形，三相交流侧变换器输出的三相高低频混合脉冲电能波形的占空比根据控制策略进行设定。
三相交流侧变换器的三个交流侧H半桥中，交流输入相电压最低的交流侧H半桥的两个功率开关器件处于恒开通模式，交流输入相电压较高的两个交流侧H半桥的功率开关器件采用高频PWM开关模式。在图3所示的三相交流侧变换器三相输入工频相电压o、p、q中，t1～t2阶段，p相电压最低，此阶段p相对应的交流侧H半桥的T3和T4功率开关器件恒导通，o相和q相对应的两个交流侧H半桥的T1、T2和T5、T6采用PWM模式运行，其中，高频PWM开关模式的控制信号根据所述三相交流调制比产生。
另外，请结合参阅图5，为直流侧变换器控制方法及其产生的高频脉冲电能波形示意图，直流侧变换器的六个功率开关器件S1～S6以高频开关动作，将直流电变换成占空比可调的三相高频脉冲电能，直流侧变换器三相输出的高频脉冲电能占空比根据控制策略进行设定。
请结合参阅图7，本发明实施例中，所述双向功率变换控制包括：
根据原副边移相角指令，控制所述三相交流侧变换器产生的三相高频脉冲电能和所述直流侧变换器产生的三相高频脉冲电能之间的相位差，实现功率大小的调整和功率流动方向的控制；
和/或，改变所述三相交流调制比指令和直流调制比指令大小，实现功率大小的调整。
通过改变三相交流调制比指令和直流调制比指令，分别调整三相交流侧变换器高频输出端输出的正负电平的脉冲宽度，和直流侧变换器高频输出端输出的正负电平的脉冲宽度，从而实现功率大小的调整。
具体的，所述根据原副边移相角指令，控制所述三相交流侧变换器产生的三相高频脉冲电能和所述直流侧变换器产生的三相高频脉冲电能之间的相位差的步骤，包括：
在所述三相交流侧变换器的每两相输入工频线电压过零时，控制该线电压对应的原副边移相角指令反相，或，控制该线电压对应的所述直流侧变换器输出线电压的输出脉冲反相。
由于一个工频周期中，三相工频线电压在过零点处相位反转，也即三相交流侧变换器三相输入线电压uop、upq、uqo幅值由正变负或由负变正，为实现稳定的正向或反向的单向功率变换，在三相交流侧变换器三相输入线电压uop、upq、uqo过零时，应控制各过零线电压对应的原副边H半桥移相角指令反相使得移相角指令由正变负或由负变正，或者控制各过零线电压对应的直流侧变换器输出脉冲uxy、uyz、uzx反相，使得直流侧变换器高频输出脉冲反相180°，从而保证单个工频周期中，电能传输的方向不变，功率单向变换。在三相交流侧变换器和直流侧变换器共同作用下，各相交流链路中产生高频交流电流iLA、iLB、iLC，实现高频功率变换。
另外，为实现双向功率变换中功率流方向反转的控制，可通过控制原副边移相角指令反相或者控制直流侧变换器输出脉冲反相，从而改变ua、ub、uc相位超前或滞后ux、uy、uz相位的状态，进而改变功率流的方向。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，包括：
三相交流侧滤波器，所述三相交流侧滤波器的三个连接点连接于三相交流电源或负载；
三相交流侧变换器，所述三相交流侧变换器由三个交流侧H半桥组成，每一所述交流侧H半桥的功率开关器件包括第一功率开关器件和第二功率开关器件；所述第一功率开关器件的阴极端与所述第二功率开关器件的阳极端相连，三个所述交流侧H半桥的第二功率开关器件的阴极端相连，或，所述第一功率开关器件的阴极端与所述第二功率开关器件的阴极段相连，三个所述H半桥的第二功率开关器件的阳极端相连；三个所述交流侧H半桥的第一功率开关器件的阳极端为所述三相交流侧变换器的三相工频输出端，所述三相工频输出端与所述三相交流侧滤波器的三相端口相连，三个所述H半桥的第一功率开关器件和第二功率开关器件之间的连接端为所述三相交流侧变换器的三相高频输出端；
高频变压器，所述高频变压器的原边连接于三相交流侧交流链路，所述高频变压器的副边连接于三相直流侧交流链路，所述三相交流侧交流链路与所述三相交流侧变换器的三相高频输出端相连；
直流侧变换器，所述直流侧变换器的三个连接点与所述三相直流侧交流链路相连；
直流侧滤波器，所述直流侧滤波器的一端与所述直流侧变换器的另一端连接，所述直流侧滤波器的另一端连接于直流电源。
2.根据权利要求1所述的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述三相交流侧交流链路的各相支路还串联有低频隔离电容，和/或，所述三相直流侧交流链路的各相支路还串联有低频隔离电容，所述低频隔离电容用于从所述三相交流侧变换器产生的三相高低频混合脉冲电能波形中分离出直流分量、工频分量以及相关的低频分量，使得通过所述高频变压器的仅有高频脉冲电能。
3.根据权利要求2所述的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述三相交流侧交流链路的各相支路还串联有高频电感，和/或，所述三相直流侧交流链路的各相支路还串联有高频电感。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述三相交流侧变换器的功率开关器件为IGBT功率开关器件、IEGT功率开关器件或MOSFET功率开关器件中的一种。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述三相交流侧滤波器为LC型滤波器、CLC型滤波器或RLC型滤波器中的一种。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述直流侧变换器由三个并联的直流侧H半桥组成，三个所述直流侧H半桥的两功率开关器件的中间连接点与所述三相直流侧交流链路连接，三个所述直流侧H半桥的两端与所述直流侧滤波器连接。
7.根据权利要求1至3任意一项所述的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述直流侧滤波器为C型滤波器、LC型滤波器或LRC型滤波器中的一种。
8.一种基于权利要求2所述的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的控制方法，其特征在于，包括：
通过双向功率变换控制，实现所述三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构功率大小的调整和功率流动方向的控制；
其中，所述三相交流侧变换器的功率开关器件和所述直流侧变换器的功率开关器件采用相同的高频开关频率；所述三相交流侧变换器根据三相交流调制比指令采用高频斩波的方式，将三相工频交流电斩波成占空比可调的三相高低频混合脉冲电能，所述三相交流侧变换器的三个所述交流侧H半桥中，交流输入相电压最低的所述交流侧H半桥的功率开关器件处于恒开通模式，交流输入相电压较高的两个所述交流侧H半桥的功率开关器件采用高频PWM开关模式，所述高频PWM开关模式的控制信号根据所述三相交流调制比产生，所述三相高低频混合脉冲电能经所述低频隔离电容后，仅剩余高频脉冲电能通过所述高频变压器；所述直流侧变换器根据直流调制比指令，将直流电变换为占空比可调的三相高频脉冲电能。
9.根据权利要求8所述的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述双向功率变换控制包括：
根据原副边移相角指令，控制所述三相交流侧变换器产生的三相高频脉冲电能和所述直流侧变换器产生的三相高频脉冲电能之间的相位差，实现功率大小的调整和功率流动方向的控制；
和/或，改变所述三相交流调制比指令和直流调制比指令大小，实现功率大小的调整。
10.根据权利要求9所述的三相单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述根据原副边移相角指令，控制所述三相交流侧变换器产生的三相高频脉冲电能和所述直流侧变换器产生的三相高频脉冲电能之间的相位差的步骤，包括：
在所述三相交流侧变换器的每两相输入工频线电压过零时，控制该线电压对应的原副边移相角指令反相，或，控制该线电压对应的所述直流侧变换器输出线电压的输出脉冲反相。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102163932A (zh) * 2011-03-18 2011-08-24 上海交通大学 交流斩波的线性ac-dc变换器
CN102291014A (zh) * 2011-07-22 2011-12-21 上海交通大学 交流斩波-全桥整流的ac-dc变换器
CN102377348A (zh) * 2010-08-23 2012-03-14 上海威曼电气科技发展有限公司 一种三相交流斩波器
CN103368416A (zh) * 2013-07-31 2013-10-23 三峡大学 潜航器长距离直流馈电系统
CN108123608A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 赵志刚 一种基于PWM和12脉冲整流技术的4kV电压直流电源

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102377348A (zh) * 2010-08-23 2012-03-14 上海威曼电气科技发展有限公司 一种三相交流斩波器
CN102163932A (zh) * 2011-03-18 2011-08-24 上海交通大学 交流斩波的线性ac-dc变换器
CN102291014A (zh) * 2011-07-22 2011-12-21 上海交通大学 交流斩波-全桥整流的ac-dc变换器
CN103368416A (zh) * 2013-07-31 2013-10-23 三峡大学 潜航器长距离直流馈电系统
CN108123608A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 赵志刚 一种基于PWM和12脉冲整流技术的4kV电压直流电源

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