[发明专利]高频交流方波输入-直流输出的功率变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高频交流方波输入-直流输出的功率变换器及其控制方法，属于电力电子变换器及其控制技术领域。

背景技术

化石能源的短缺和越来越高的价格，使得整个社会对太阳能、风能以及燃料电池作为新型清洁能源的关注大大提高，利用这些能源的分布式发电技术成为全球能源可持续发展战略的重要组成部分。自2008年以来，风机和光伏发电组件的价格持续下降，使得功率变换器在整个新能源发电系统中所占的成本比例逐步提高，因此结构简单、低成本、输入输出电气隔离的新能源发电变换器的主电路结构以及提供稳定的交、直流供电是新能源发电系统得以推广的先决条件。

在新能源发电应用于一些需要直流供电的场合时，可以将新能源所发电能直接通过DC/DC变换器或AC/DC变换器得到直流负载需要的直流电。为了保证直流负载平稳供电，一般在系统中配备蓄电池或双电荷层电容等储能系统，在新能源所提供的能量不足以供给负载所需时，这些储能系统能够补足能量缺口部分，这造成电路的结构比较复杂、造价较高，而且系统所配备的储能元件体积、重量较大，充放电次数有限，最重要的是它容易对环境造成化学污染。一般情况下，电网可以被认为是一个容量无限大的恒压源，其供电的持续性很好（断电的情况很少），因此在风能和太阳能所提供能量小于负载需求时，不足的部分可以从电网中获取。目前现有的无储能系统新能源发电与电网互补供电的直流输出变换器装置，其能量流向只能是从新能源发电装置侧和电网侧流向直流负载侧，在新能源发电装置（如光伏电池）能提供最大功率大于负载需求时，电网停止向负载供应能量，而光伏电池只能运行在小于最大功率点处，这造成资源的浪费。

高频脉冲交流环节逆变器（HFPALI）由于采用高频变压器实现了发电装置与电网之间的电气隔离，所以其功率密度比高；此外由于能量可在HFPALI的输入端与输出端之间实现双向流动，所以，国内外学者对HFPALI进行了广泛的研究，是一种较适宜应用于新能源发电的并网逆变器。

如何在HFPALI中增加少量的器件就能实现可控的直流电压输出，并且利用HFPALI的能量可双向流动的特点，提出相应的控制策略使新能源发电在所有状况下都能实现最大功率点跟踪(MPPT)。在新能源发电装置所发电能大于直流负载需要时，实现电网吸收能量；在新能源发电装置所发电能不足以供给直流负载需要时，实现电网向直流负载释放能量。

发明内容

本发明的目的是：高频脉冲交流环节逆变器(HFPALI)作为新能源发电系统的并网装置，且需要直流供电时，适当增加较少的器件实现稳定的直流供电；不管在任何情况下，新能源发电装置都运行于最大功率点状态，实现资源利用最大化。此外，也可将本发明装置应用于系统中有高频交流电压源，且需要稳定的直流供电的场合。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明实现高频交流方波输入-直流输出的功率变换器，其特征在于包括高频交流方波输入电压、导抗变换器、直流输出变换器；其中导抗变换器由第一、第二电感和电容组成；直流输出变换器由第一和第二二极管、第一和第二开关管以及滤波电容组成；第一电感的一端接高频交流方波输入电压的一端，另一端接电容和第二电感的各一端；第二电感的另一端与第一二极管的阳极以及第一开关管的漏极连接；电容的另一端与高频交流方波输入电压的另一端相连接，并且还与第二二极管的阳极以及第二开关管的漏极连接；滤波电容的两端分别与第一和第二二极管的阴极、第一和第二开关管的源极连接。

高频交流方波输入-直流输出的功率变换器的控制方法，其方法的特征所述如下：采用电压传感器1检测到与高频交流方波输入电压的对应信号，电压传感器1将信号连接至比较器的正输入端；比较器的负输入端接零电位，比较器输出信号经过反相器的反相得到反相器输出信号；采用电压传感器2检测到直流输出变换器输出电压的反馈信号；将直流输出变换器的基准电压与输出电压反馈信号相减得到电压误差信号，将电压误差信号作为调节器1的输入信号；移相装置的输入端1接比较器输出信号，输入端2接反相器输出信号，输入端3接调节器1输出信号，将调节器1输出信号的大小作为比较器输出信号和移相的参照标准；第一第二移相装置输出信号分别作为第一和第二开关管的驱动信号。