一種諧振型電力電子變流器及變流器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力電子變流器【技術(shù)領(lǐng)域】，旨在提供一種諧振型電力電子變流器及變流器裝置。該變流器包括輸入級整流電路和后級的DC/DC電路，其輸入級整流電路包括3個橋臂，每個橋臂由上下兩個半橋臂組成，各橋臂的中點(diǎn)分別與高壓交流電網(wǎng)的三相連接；每個半橋臂均包括n個模塊單元，各模塊單元端口首尾相連組成橋臂結(jié)構(gòu)。本發(fā)明輸入輸出側(cè)高頻隔離，消去了笨重的低頻變壓器，同時實(shí)現(xiàn)高效率的能量傳遞和智能控制。能夠阻斷不同電網(wǎng)之間的諧波傳遞及故障的相互影響，同時輸出電壓范圍很寬，可以實(shí)現(xiàn)電流、電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)，而且變流器系統(tǒng)運(yùn)行信息收集簡單方便，多個變流器系統(tǒng)之間可以相互通信，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)。
【專利說明】—種諧振型電力電子變流器及變流器裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子變流器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種可以實(shí)現(xiàn)高效率、高頻隔離、高壓輸入、寬范圍穩(wěn)定電壓輸出，同時實(shí)現(xiàn)能量雙向流動的電力電子變流器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生態(tài)環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，以及傳統(tǒng)能源的日益枯竭，節(jié)能技術(shù)以及新能源的高效利用正在得到世界各國的重視和支持。智能電網(wǎng)無疑作為節(jié)能技術(shù)中一個重要應(yīng)用方面，目前已成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。分布式發(fā)電是新能源利用的重要方式。分布式發(fā)電跟智能電網(wǎng)的結(jié)合成為未來電網(wǎng)的一個必然趨勢。
[0003]傳統(tǒng)的新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)，通過并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)新能源到交流電網(wǎng)的能量傳遞。在較大功率場合，為了匹配并網(wǎng)逆變器輸出與交流配電網(wǎng)電壓，需要有工頻變壓器實(shí)現(xiàn)不同電網(wǎng)之間的連接，如光伏發(fā)電的220V交流輸出與10kV、35kV的交流配電網(wǎng)之間的連接。上述傳統(tǒng)的交流直接并網(wǎng)方式雖然簡單，但由于分布式發(fā)電系統(tǒng)與整個電力系統(tǒng)通過交流電網(wǎng)耦合在一起，大大增加了系統(tǒng)能量調(diào)節(jié)的復(fù)雜性和控制難度。為了克服上述難題，基于低壓直流母線的直流型微網(wǎng)系統(tǒng)引起了廣泛的關(guān)注。通過在微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部引入一個低壓直流母線，方便可再生能源的接入，實(shí)現(xiàn)了交直流系統(tǒng)的解耦，同時也減少系統(tǒng)的功率變換級數(shù)，提高了系統(tǒng)整體效率。直流微網(wǎng)系統(tǒng)通過一個雙向電力電子變流器連接到交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)與電網(wǎng)的能量交互。但是受限于目前電力電子器件的發(fā)展水平，這一架構(gòu)同樣需要一個工頻配電變壓器匹配雙向電力電子變流器輸出以及交流母線電壓。
[0004]雖然工頻變壓器制作工藝簡單，價格低廉，但是工頻變壓器存在體積大、重量重、對故障不具備隔離能力，工頻變壓器原副邊電網(wǎng)之間諧波會相互耦合，不能做到完全意義上的電氣隔離，同時工頻變壓器無法維持副邊電壓穩(wěn)定，并且無法實(shí)現(xiàn)能量的自動調(diào)節(jié)和智能管理，已經(jīng)越來越不能滿足電力系統(tǒng)發(fā)展過程中提出的新需求，如智能電網(wǎng)。
[0005]為了靈活控制電網(wǎng)中的能量流動，有效利用新能源，同時減小變壓器體積，目前學(xué)者們提出了一些解決方案，諸如歐盟的UNIFLEX-PM工程和北美的固態(tài)變壓器結(jié)構(gòu)(SST，也稱電力電子變壓器)等，這些方案可以控制能量的雙向流動，同時利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，但是這些方案中電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制繁瑣，損耗大，效率低，同時冗余設(shè)計(jì)復(fù)雜，一旦某一器件出現(xiàn)故障，系統(tǒng)需要停電進(jìn)行維修，可靠性低等，因此這些方案無法滿足電網(wǎng)的要求。
[0006]國內(nèi)電力系統(tǒng)中的近距離輸電電壓通常為IOkV和35kV，而目前適用于大功率場合的有源開關(guān)器件(IGBT，SiC MOSFET等)耐壓在6kV以下，常用的為1700V和3300V耐壓的IGBT，因此普通的變流器結(jié)構(gòu)無法滿足高壓要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種實(shí)現(xiàn)新能源輸出和高壓交流電網(wǎng)之間高效接口的諧振型電力電子變流器。[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0009]提供一種諧振型電力電子變流器，包括輸入級整流(逆變)電路和后級(隔離級)的DC/DC電路；
[0010]所述輸入級整流(逆變)電路包括3個橋臂，每個橋臂由上下兩個半橋臂組成，各橋臂的中點(diǎn)分別與高壓交流電網(wǎng)的三相連接；每個半橋臂均包括η個模塊單元SMuvw和一個橋臂電感；每個模塊單元SMuvw均包括有源開關(guān)器件、儲能電容和短路開關(guān)，并具有兩個輸出端口，各模塊單元SMU?的端口首尾相連組成橋臂結(jié)構(gòu)；所述模塊單元SMuvw中，u=p, η ；v=a, b，c ； w=l, 2...η ；
[0011]所述后級的DC/DC電路，包括高頻逆變電路、高頻隔離變壓器和高頻整流電路；高頻逆變電路包括兩個橋臂，兩個橋臂的中點(diǎn)均接于高頻隔離變壓器的原邊，高頻整流電路則接于聞頻隔尚變壓器的副邊；聞頻逆變電路的橋臂具有以下電路結(jié)構(gòu)中的任意一種:
[0012](I)每個橋臂均由上下兩個半橋臂組成，每個半橋臂包括m個模塊單元SMhfij和一個橋臂電感；每個模塊單元SMhfu均包括有源開關(guān)器件、儲能電容和短路開關(guān)，并具有兩個輸出端口，各模塊單元SMhfu的端口首尾相連組成橋臂結(jié)構(gòu)；所述模塊單元SMhfu中，i=l, 2，3，4 ； j=l, 2…m ;或
[0013](2)其中一個橋臂由上下兩個半橋臂組成，每個半橋臂包括m個模塊單元SMhfij和一個橋臂電 感；每個模塊單元SMhfu均包括有源開關(guān)器件、儲能電容和短路開關(guān)，并具有兩個輸出端口，各模塊單元SMhfu的端口首尾相連組成橋臂結(jié)構(gòu)；所述模塊單元SMhfu中，i=l, 2 ；j=l, 2…m ;另一個橋臂由上下兩個半橋臂組成，每個半橋臂則由L個電容Cu和一個橋臂電感串聯(lián)而成，所述電容Cij中，i=3, 4 ； j=l, 2，3…L。
[0014]本發(fā)明中，所述高頻逆變電路中還包括兩個耦合電感，分別位于兩個上橋臂的橋臂電感之間和兩個下橋臂的橋臂電感之間。
[0015]本發(fā)明中，所述模塊單元SMuw和模塊單元SMhfij中，有源開關(guān)器件、儲能電容和短路開關(guān)所組成的電路是下述結(jié)構(gòu)中的任意一種:半橋結(jié)構(gòu)、全橋結(jié)構(gòu)、半橋改進(jìn)結(jié)構(gòu)、飛跨電容箝位三電平結(jié)構(gòu)，或二極管箝位三電平結(jié)構(gòu)(或者多個器件串聯(lián)后構(gòu)成的半橋結(jié)構(gòu)和全橋結(jié)構(gòu)等)。
[0016]本發(fā)明中，所述模塊單元SMuvw和模塊單元SMhfij中的有源開關(guān)器件為全控型電力電子器件，是下述產(chǎn)品中的任意一種:IGBT、IGCT、GT0，或SIC MOSFEF0
[0017]本發(fā)明中，所述高頻隔離變壓器的副邊是單個繞組輸出或多個繞組輸出。
[0018]本發(fā)明中，所述高頻隔離變壓器是一個變壓器或多個變壓器；當(dāng)是多個變壓器時，高頻變壓器采用串聯(lián)方式或并聯(lián)方式連接。
[0019]本發(fā)明中，所述高頻整流電路是全橋整流電路、半橋整流電路或倍壓整流電路。
[0020]本發(fā)明中，所述高頻整流電路的輸出端接于燃料電池裝置、太陽能裝置、風(fēng)能裝置，或鉛酸電池儲能系統(tǒng)、鋰電池儲能系統(tǒng)(或者連接標(biāo)準(zhǔn)的逆變器系統(tǒng)，此外還可以應(yīng)用在電解、電解冶金、直流電弧爐、等離子炬等低壓大電流的場合)。
[0021]本發(fā)明還進(jìn)一步提供了一種基于前述諧振型電力電子變流器的實(shí)現(xiàn)新能源輸出和高壓交流電網(wǎng)之間高效接口的變流器裝置，還包括控制電路和驅(qū)動電路，控制電路通過驅(qū)動電路為所述模塊單元SMuvw和模塊單元SMhfu中的有源開關(guān)器件提供開關(guān)信號；所述控制電路包括輸入級的控制電路和隔離劑的驅(qū)動電路，其中:輸入級的控制電路由三相電壓、三相電流、直流母線電壓采樣電路、驅(qū)動信號產(chǎn)生電路、驅(qū)動信號分配電路、各模塊電壓采樣電路、錯誤信號產(chǎn)生電路以及相應(yīng)的通信電路組成；隔離級的控制電路與輸入級的控制電路結(jié)構(gòu)相同，需采樣直流母線電壓和輸出直流電壓以構(gòu)成閉環(huán)控制；所述驅(qū)動電路由電氣隔離電路、高壓隔離的電源以及驅(qū)動芯片組成，其中電氣隔離電路采用光耦隔離或磁隔離。
[0022]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明中諧振型電力電子變流器的輸入級整流(逆變)電路直接與高壓交流電網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)AC-DC之間的變換；輸出側(cè)為高壓直流電壓，與后級的DC/DC電路輸入側(cè)相連，DC/DC電路的輸出側(cè)與直流微電網(wǎng)、新能源直流輸出側(cè)、逆變器的直流側(cè)或低壓大電流的設(shè)備相連。控制電路通過驅(qū)動電路為諧振型電力電子變流器中的開關(guān)器件提供開關(guān)信號，從而控制能量的智能流動，同時控制電路跟其他變流器系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能控制。驅(qū)動電路將控制電路產(chǎn)生的開關(guān)信號放大，高效可靠的驅(qū)動有源開關(guān)器件。
[0023]本發(fā)明作為實(shí)現(xiàn)直流微網(wǎng)和高壓電網(wǎng)之間高效接口的變流器裝置，可以是單輸入多輸出、單輸入單輸出、或多輸入多輸出。
[0024]本發(fā)明完全采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，每個模塊中增加短路結(jié)構(gòu)，當(dāng)該模塊出現(xiàn)問題時，短路該模塊，采用冗余模塊替代該模塊，從而實(shí)現(xiàn)不斷電維修。變流器由若干結(jié)構(gòu)完全相同的模塊組成，調(diào)整模塊的數(shù)量可以實(shí)現(xiàn)不同的電壓等級。
[0025]在本發(fā)明中，后級的DC/DC電路包括橋臂間的耦合電感、諧振電感、諧振電容、高頻變壓器以及開關(guān)模塊單元。諧振電感、諧振電容和高頻變壓器組成諧振腔，改變諧振腔的激勵頻率或者激勵電壓可以調(diào)整諧振腔輸出到副邊的能量。同傳統(tǒng)的諧振型電路相同，諧振電感可以集成到高頻隔離變壓器或橋臂間的耦合電感中。
[0026]后級的DC/DC電路可以采用全橋諧振結(jié)構(gòu)，也可以采用對稱的半橋諧振結(jié)構(gòu)。其橋臂間的耦合電感可以減小DC/DC電路輸入側(cè)的電流紋波，同時保證各橋臂上諧振電感不等時電路的正常工作。
[0027]DC/DC電路各模塊之間的均壓主要通過有源的控制方法實(shí)現(xiàn)，其中包括電壓選擇機(jī)制，或者循環(huán)控制等。本發(fā)明中的DC/DC電路可以控制開關(guān)頻率調(diào)節(jié)輸出功率，也可以通過穩(wěn)定工作頻率，移相控制輸出功率。
[0028]在本發(fā)明中，高壓直流母線之間不需要跨接任何電容，省去了高耐壓的電容。每個模塊中含有平衡瞬時功率的電容，并且電壓較低，可執(zhí)行性強(qiáng)，同時安全可靠。在本發(fā)明中，直流母線電壓可以為高壓直流輸電網(wǎng)電壓HVDC，隔離級DC/DC可以實(shí)現(xiàn)直流電壓的直接變換，而輸入級AC/DC可以為直流輸電網(wǎng)提供直流電壓或者從直流電網(wǎng)逆變產(chǎn)生交流電壓。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還具有以下有益效果:
[0030]所述變流器裝置輸入輸出側(cè)高頻隔離，消去了笨重的低頻變壓器，同時實(shí)現(xiàn)高效率的能量傳遞和智能控制。模塊化的設(shè)計(jì)使得電壓可以做到任意等級，降低了成本，同時冗余設(shè)計(jì)變得簡單可行，系統(tǒng)不需斷電即可得到維修；諧振型結(jié)構(gòu)可以降低器件的開關(guān)損耗，使得變流器效率較高；能量可以實(shí)現(xiàn)雙向流動；DC/DC電路中耦合電感的利用大幅減小了電路輸入側(cè)的交流紋波；DC/DC電路可以通過調(diào)節(jié)輸出電平數(shù)，實(shí)現(xiàn)高低壓之間的變換；控制簡單靈活，高效可靠等。
[0031]本發(fā)明能夠阻斷不同電網(wǎng)之間的諧波傳遞及故障的相互影響，同時輸出電壓范圍很寬，可以實(shí)現(xiàn)電流、電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)，而且變流器系統(tǒng)運(yùn)行信息收集簡單方便，多個變流器系統(tǒng)之間可以相互通信，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0033]圖1是DC/DC電路采用全橋諧振結(jié)構(gòu)無耦合電感的電力電子變流器電路示意圖；
[0034]圖2是DC/DC電路采用全橋諧振結(jié)構(gòu)的電力電子變流器電路示意圖；
[0035]圖3是單元模塊電路示意圖；
[0036]圖4是DC/DC電路采用對稱半橋諧振結(jié)構(gòu)無耦合電感的電力電子變流器電路示意圖；
[0037]圖5是DC/DC電路采用對稱半橋諧振結(jié)構(gòu)的電力電子變流器電路示意圖；
[0038]圖6是DC/DC電路多個高頻變壓器串聯(lián)的電路示意圖；
[0039]圖7是DC/DC電路多個高頻變壓器并聯(lián)的電路示意圖；
[0040]圖8是電力電子變流器系統(tǒng)實(shí)例圖；
[0041 ]圖9是DC /DC電路兩橋臂中點(diǎn)間的電壓波形；
[0042]圖10是輸入級整流(逆變)電路的控制電路框圖；
[0043]圖11是隔離級DC/DC電路的控制電路框圖；
[0044]圖12是有源開關(guān)器件的驅(qū)動電路框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0046]首先說明:本發(fā)明中所提及的“高頻”，是指幾千赫茲到幾十千赫茲；所提及的“高壓”是指幾十千伏到上百千伏，甚至更高。而在名稱中使用了該限定詞的電路或元器件，是指能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能或用于相應(yīng)環(huán)境的電路或元器件。這一概念屬于本領(lǐng)域的基本概念，對此本領(lǐng)域技術(shù)人員已是熟知，故本發(fā)明不再贅述。
[0047]參照圖1，整個變流器系統(tǒng)包括輸入級、隔離級兩級結(jié)構(gòu)，其中前級為三相整流(逆變)電路，后級為高頻隔離可實(shí)現(xiàn)能量雙向流動的諧振型DC/DC電路。
[0048]輸入級整流(逆變)電路包括3個橋臂，分別為A相橋臂，B相橋臂，C相橋臂，每個橋臂由上下兩個半橋臂組成，橋臂的中點(diǎn)分別跟三相高壓交流電網(wǎng)(A相，B相，C相)相連。每個半橋臂包括η個模塊單元SMU? (u=p, η; v=a, b, c; w=l, 2…n)和一個橋臂電感。每個模塊可采用圖3中所示電路中的任何一種。每個模塊包括若干有源開關(guān)器件、儲能電容及短路開關(guān)、兩個輸出端口，所有模塊的端口首尾相連組成圖1中所示的橋臂結(jié)構(gòu)。每個模塊上的穩(wěn)態(tài)電壓為直流母線電壓的l/η。橋臂電感，用于高頻濾波，防止瞬時橋臂電壓跟直流母線電壓不等時造成的電流沖擊，同時橋臂電感可以減小橋臂間的環(huán)流，減小變流器系統(tǒng)的功率損耗。短路開關(guān)主要用于模塊發(fā)生故障時短路該模塊，在不斷電的情況下完成模塊的更換和系統(tǒng)維修。
[0049]后級的DC/DC電路，包括兩個橋臂組成的高頻逆變(整流)電路、高頻隔離變壓器和高頻的整流(逆變)電路。每個橋臂由上下兩個半橋臂組成，每個半橋臂包括m個模塊單元SMhfij (i=l,2, 3,4; j=l，2…m)和一個橋臂電感。高頻逆變(整流)電路中兩個橋臂的中點(diǎn)跟跟隔離變壓器的輸入端兩個端點(diǎn)相連，高頻變壓器的副邊輸出跟高頻整流(逆變)電路的輸入端相連，高頻整流(逆變)電路輸出穩(wěn)態(tài)直流電壓。跟輸入級電路相比，模塊結(jié)構(gòu)同樣可以采用圖3所示的幾種電路結(jié)構(gòu)，每個半橋臂上級聯(lián)的模塊數(shù)可以跟前級半橋臂上級聯(lián)的模塊數(shù)量相等或者不等，模塊級聯(lián)數(shù)由所選器件的耐壓和直流母線電壓決定。由于DC/DC部分工作在高頻狀態(tài)，每個模塊電容值相比前級結(jié)構(gòu)中的模塊電容值大幅度下降。每個模塊上的穩(wěn)態(tài)電壓為直流母線電壓的Ι/m。不同于輸入級的整流(逆變)電路，橋臂電感，除用于高頻濾波，防止橋臂瞬時電壓跟直流母線電壓不等時造成的電流沖擊外，同時該橋臂電感主要用做諧振電感，參與DC/DC電路中能量的傳遞。短路開關(guān)主要用于模塊發(fā)生故障時短路該模塊，在不斷電的情況下完成模塊的更換和系統(tǒng)維修。
[0050]由于圖1中隔離級DC/DC電路中的橋臂電感，同時用于諧振電感，為了保證電路的正常工作，該電感量通常很小，因此很難抑制橋臂瞬時電壓跟直流母線電壓不等時造成的電流沖擊。為了減小該電流沖擊，隔離級DC/DC電路，兩上半橋臂(ARM1，ARM3)間增加了一個耦合電感，兩下半橋臂(ARM2，ARM4)間也增加了一個耦合電感，如圖2所示。這兩個耦合電感一方面減小了隔離級對輸入級造成的電流紋波，同時在橋臂諧振電感不等時保證電路的正常工作。高頻變壓器副邊整流(逆變)電路采用全橋結(jié)構(gòu)，開關(guān)器件均采用全控型的電力電子器件，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動，同時相比采用二極管整流，有源開關(guān)管的導(dǎo)通損耗明顯降低，整體變流器的效率增加。
[0051]圖4中所示變流器系統(tǒng)，隔離級DC/DC電路為對稱半橋諧振型變流器，輸入級的整流(逆變)電路跟圖1、圖2相同。跟圖1相比，圖4中變流器隔離級DC/DC電路的兩個橋臂，一個橋臂由2m個模塊單元SMijQ=I, 2; j=l, 2，3…m)和上下兩個橋臂電感(Lrl, Lr2)組成，這兩個橋臂電感同時為諧振型變流器的諧振電感，另一個橋臂完全由2L個電容Cu(i=3，4;j=l, 2，3…L)串聯(lián)而 成，這些電容組成諧振變流器的諧振電容。
[0052]圖4中所示電路,相比圖1中所示電路,諧振電感較小,無法有效抑制隔離級電路對輸入級電路造成的電流紋波，因此圖5中所示電路在兩個上半橋臂之間增加了耦合電感Lcl,兩個下半橋臂之間也增加耦合電感Le2。這兩個耦合電感對功率輸出不產(chǎn)生任何影響，但是由于其電感量較大，可以有效抑制隔離級對輸入級的電流紋波。
[0053]圖1，圖2，圖4，圖5中所示變流器系統(tǒng)，其隔離級DC/DC電路中采用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，而該變壓器通常采用鐵氧體材料，受限于現(xiàn)有技術(shù)，單個變壓器的功率等級還很小，不能滿足電力系統(tǒng)中功率等級較高的需求。因此在大功率場合需要采用多個變壓器串聯(lián)或并聯(lián)來提高功率等級，分別如圖6和圖7所示。
[0054]圖8為本發(fā)明中所提出的電力電子變流器的一種應(yīng)用實(shí)例。其中輸入級為三相整流(逆變)電路，由三個橋臂構(gòu)成，每個橋臂上包括6個模塊單元和2個橋臂電感。模塊單元采用半橋結(jié)構(gòu)，包括兩個有源開關(guān)器件和模塊電容。每個模塊單元工作在導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，模塊上管導(dǎo)通時，模塊單元處于導(dǎo)通狀態(tài)，模塊嵌入到橋臂中。模塊下管導(dǎo)通時，模塊單元處于關(guān)斷狀態(tài)，模塊從橋臂中被旁路。因此控制模塊單元的開通關(guān)斷即可輸出不同的電壓。橋臂中模塊單元數(shù)越多，電平數(shù)越多，對電網(wǎng)造成的諧波越小。隔離級DC/DC電路采用全橋諧振結(jié)構(gòu)，每個橋臂中包括4個模塊單元和兩個耦合電感的一個繞組。模塊的工作狀態(tài)也工作在導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)?？刂颇K的導(dǎo)通關(guān)斷即可控制諧振腔的激勵電壓，從而輸出不同的功率。實(shí)際控制可以采用多種控制方式達(dá)到相同的輸出功率，諸如頻率控制、占空比控制、移相控制等。圖9所示為DC/DC部分每個橋臂包括2m個模塊單元時，兩個橋臂的中點(diǎn)電壓及諧振腔電壓波形。圖9中顯示，激勵腔的電壓不是完全的方波電壓，根據(jù)負(fù)載變化可調(diào)節(jié)不同的激勵電壓波形，輸出不同的功率。實(shí)際控制中需要加入均壓控制，以保證每個模塊的穩(wěn)態(tài)電壓相同。
[0055]圖10為輸入級整流(逆變)電路的控制電路框圖，控制電路采樣三相交流電壓、三相交流電流、高壓直流母線電壓以及各模塊的瞬時電壓，實(shí)現(xiàn)AC-DC控制，同時保證各模塊電容穩(wěn)態(tài)電壓均衡。圖11為隔離級DC-DC電路的控制電路框圖，該部分控制電路需采樣高壓直流母線電壓、低壓直流輸出電壓、各模塊電壓，形成閉環(huán)控制，保證輸出電壓穩(wěn)定，同時保證各模塊穩(wěn)態(tài)電壓均衡。圖12為有源開關(guān)器件的驅(qū)動電路框圖?？刂齐娐樊a(chǎn)生的驅(qū)動信號通過該部分驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)器件的高效驅(qū)動及高壓電氣隔離。
[0056]所述的開關(guān)器件為全控型電力電子器件，諸如IGBT，IGCT, GT0，以及SIC MOSFEF
坐寸ο
[0057]上述具體實(shí)施例只是為了說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思和應(yīng)用特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)涵實(shí)質(zhì)并加以應(yīng)用，但并不能因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。根據(jù)本發(fā)明的思路，每個模塊單元不僅限于圖3中所示的幾種電路結(jié)構(gòu)，而且橋臂電感的位置也不僅是圖中所示，由于橋臂電感串聯(lián)在橋臂支路中，因此實(shí)際應(yīng)用時的任何物理位置均在此專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。無論在上文中出現(xiàn)了如何詳細(xì)的說明，也可以許多方式實(shí)施本發(fā)明。上述電路結(jié)構(gòu)及其控制方式的細(xì)節(jié)在其執(zhí)行細(xì)節(jié)中可以進(jìn)行相當(dāng)多的變化，然而其仍然包含在這里所公開的本發(fā)明中。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種諧振型電力電子變流器，包括輸入級整流電路和后級的DC/DC電路，其特征在于: 所述輸入級整流電路包括3個橋臂，每個橋臂由上下兩個半橋臂組成，各橋臂的中點(diǎn)分別與高壓交流電網(wǎng)的三相連接；每個半橋臂均包括η個模塊單元SMuvw和一個橋臂電感；每個模塊單元SMuvw均包括有源開關(guān)器件、儲能電容和短路開關(guān)，并具有兩個輸出端口，各模塊單元SMuvw的端口首尾相連組成橋臂結(jié)構(gòu)；所述模塊單元SMU?中，u=p, n ；v=a, b, c ；w=l, 2...η ； 所述后級的DC/DC電路，包括高頻逆變電路、高頻隔離變壓器和高頻整流電路；高頻逆變電路包括兩個橋臂，兩個橋臂的中點(diǎn)均接于高頻隔離變壓器的原邊，高頻整流電路則接于聞頻隔尚變壓器的副邊；聞頻逆變電路的橋臂具有以下電路結(jié)構(gòu)中的任意一種: (1)每個橋臂均由上下兩個半橋臂組成，每個半橋臂包括m個模塊單元SMhfu和一個橋臂電感；每個模塊單元SMhfu均包括有源開關(guān)器件、儲能電容和短路開關(guān)，并具有兩個輸出端口，各模塊單元SMhfij的端口首尾相連組成橋臂結(jié)構(gòu)；所述模塊單元SMhfij中，i=l, 2, 3, 4 ；j=l, 2…m ;或 (2)其中一個橋 臂由上下兩個半橋臂組成，每個半橋臂包括m個模塊單元SMhfu和一個橋臂電感；每個模塊單元SMhfu均包括有源開關(guān)器件、儲能電容和短路開關(guān)，并具有兩個輸出端口，各模塊單元端口首尾相連組成橋臂結(jié)構(gòu)；所述模塊單元SMhfu中，i=l, 2，3，4 ；j=l, 2…m ;另一個橋臂由上下兩個半橋臂組成，每個半橋臂則由L個電容Cij和一個橋臂電感串聯(lián)而成，所述電容Cij中，i=3, 4 ； j=l, 2，3…L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振型電力電子變流器，其特征在于，所述高頻逆變電路中還包括兩個耦合電感，分別位于兩個上橋臂的橋臂電感之間和兩個下橋臂的橋臂電感之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振型電力電子變流器，其特征在于，所述模塊單元SM-和模塊單元SMhfu中，有源開關(guān)器件、儲能電容和短路開關(guān)所組成的電路是下述結(jié)構(gòu)中的任意一種:半橋結(jié)構(gòu)、全橋結(jié)構(gòu)、半橋改進(jìn)結(jié)構(gòu)、飛跨電容箝位三電平結(jié)構(gòu)，或二極管箝位三電平結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振型電力電子變流器，其特征在于，所述模塊單元SMuvw和模塊單元SMhfu中的有源開關(guān)器件為全控型電力電子器件，是下述產(chǎn)品中的任意一種:IGBT、IGCT, GTO,或 SIC MOSFEF。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振型電力電子變流器，其特征在于，所述高頻隔離變壓器的副邊是單個繞組輸出或多個繞組輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振型電力電子變流器，其特征在于，所述高頻隔離變壓器是一個變壓器或多個變壓器；當(dāng)是多個變壓器時，采用串聯(lián)方式或并聯(lián)方式連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振型電力電子變流器，其特征在于，所述高頻整流電路是全橋整流電路、半橋整流電路或倍壓整流電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振型電力電子變流器，其特征在于，所述高頻整流電路的輸出端接于燃料電池裝置、太陽能裝置、風(fēng)能裝置，或鉛酸電池儲能系統(tǒng)、鋰電池儲能系統(tǒng)。
9.一種基于權(quán)利要求1所述諧振型電力電子變流器的實(shí)現(xiàn)新能源輸出和高壓交流電網(wǎng)之間高效接口的變流器裝置，其特征在于，還包括控制電路和驅(qū)動電路，控制電路通過驅(qū)動電路為所述模塊單元SMuvw和模塊單元SMhfu中的有源開關(guān)器件提供開關(guān)信號； 所述控制電路包括輸入級的控制電路和隔離劑的驅(qū)動電路，其中:輸入級的控制電路由三相電壓、三相電流、直流母線電壓采樣電路、驅(qū)動信號產(chǎn)生電路、驅(qū)動信號分配電路、各模塊電壓采樣電路、錯誤信號產(chǎn)生電路以及相應(yīng)的通信電路組成；隔離級的控制電路與輸入級的控制電路結(jié)構(gòu)相同，需采樣直流母線電壓和輸出直流電壓以構(gòu)成閉環(huán)控制；所述驅(qū)動電路由電氣隔離電路、高壓隔離的電源以及驅(qū)動芯片組成，其中電氣隔離電路采用光耦隔離或磁隔離。.
【文檔編號】H02M3/335GK103441691SQ201310309952
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】王朝輝, 張軍明 申請人:浙江大學(xué)