[发明专利]一种三端口全桥逆变器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变器及其控制方法，特别是关于一种新能源发电技术领域中的三端口全桥逆变器及其控制方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题日益严重，温差发电、太阳能、风能、燃料电池等新能源发电技术成为世界各国关注和研究的热点。新能源发电系统按照是否与公共电网相连接，分为并网运行和独立运行两种方式。独立运行的新能源发电系统是新能源发电应用的非常重要的一种方式，可以解决偏远山区、孤岛等无电网地区的供电问题。独立运行的新能源发电设备固有的缺陷为独立新能源供电系统带来了一些新的难题和挑战，如：温差电池、风能、太阳能发电由于受到温度、风速日照强度等外界条件变化的影响而不能持续、稳定的输出电能。因此，独立运行的新能源发电系统必须配备一定容量的储能装置。储能装置起到能量平衡和支撑作用，及时补充系统的短时峰值功率，回收多余功率，保证供电的连续性和可靠性，提高电能的利用率，并且可以确保发电设备在输出功率或负载功率波动较大时，仍能够保持良好的稳定性。

独立新能源供电系统中，由于需要对新能源发电设备的输出功率、蓄电池等储能装置的充放电控制功率以及供电负载功率同时进行管理和控制，通常采用多个两端口变换器组合构成功率管理与控制系统，但是由于其变换器的数目多、各个变换器分时工作，系统功率密度低、体积重量大、成本高，且由于各个变换器彼此分散控制且各自独立工作，有损系统稳态和动态性能。针对上述应用背景及存在的问题，研究工作者提出采用三端口变换器代替上述多个独立的变换器来实现独立新能源发电系统的功率管理，如文献“Li Wuhua,Xiao Jianguo,Zhao Yi,He Xiangning.PWM plus phase angle shift PPAS control scheme for combined multiport DC/DC converters[J].IEEE Trans.on PE,2012,273:1479-1489”和文献“Hariharan Krishnaswami,Ned Mohan.Three-Port Series Resonant DC-DC Converter to Interface Renewable Energy Sources With Bidirectional Load and Energy Storage Ports,IEEE Transactions on Power Electronics,2009,2410:2289-2297”。现有的三端口变换器的各个端口的输出电流都是直流，不能用于交流负载的功率管理与控制。然而交流电机等交流负载是独立新能源供电系统中普遍存在的一类负载，对于交流端口和直流端口混合的三端口变换器，目前的解决方案还很少。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种交流端口和直流端口混合的三端口全桥逆变器及其控制方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种三端口全桥变换器，其包括一输入源、四个开关管、一蓄电池、一电感、一输出滤波电感、一输出滤波电容和一交流负载，第一个所述开关管的源极与第二个所述开关管的漏极串联构成第一个开关桥臂，用于控制三端口全桥逆变器的输出功率；第三个所述开关管的源极与第四个所述开关管的漏极串联构成第二个开关桥臂，用于控制三端口全桥逆变器的输出功率以及蓄电池U_b的充放电；所述输入源正极分别连接第三个所述开关管漏极和第一个开关管漏极，负极分别连接所述蓄电池的负极、第四个开关管源极和第二个开关管源极；所述蓄电池的正极经所述电感依次连接第二个所述开关桥臂的中点，以及所述输出滤波电感的一端；第一个所述开关桥臂的中点分别连接所述输出滤波电容的一端，以及所述交流负载的一端；所述输出滤波电容另一端和交流负载另一端均连接所述输出滤波电感的另一端。

所述输入源、第三个开关管、第四个开关管、蓄电池和电感构成双向直流变换器，所述双向直流变换器与所述三端口全桥逆变器共用所述第二个开关桥臂。

四个所述开关管都采用MOSFET或都采用具有反并联二极管的IGBT。

四个所述开关管采用相同的开关频率，第一个所述开关管与第二个所述开关管互补导通，第三个所述开关管与第四个所述开关管互补导通。