[发明专利]一种组合式双向DC/AC变流器拓扑结构

说明书

一种组合式双向DC/AC变流器拓扑结构，属电力变换技术领域，其特征在于，该拓扑由相同的三相电路组成，每一相由隔离半桥DC/DC变流器和级联式H桥DC/AC变流器组合而成，隔离半桥DC/DC变流器的输出并联第一电容器（C1）后作为级联式DC/AC变流器单级H桥的输入，每一级H桥均与独立的隔离半桥DC/DC变流器相连；通过对典型参数下的电路拓扑进行的EMTDC电磁暂态仿真表明，该拓扑结构具有很宽的电压匹配能力，借助于移相控制，能实现能量的双向流动；本发明提出的拓扑可应用于基于电池储能的大功率调节、储能电站、平滑可再生能源发电输出功率和微电网中的调频调压等场合，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电力变换技术领域，尤其涉及一种组合式双向DC/AC变流器拓扑结构。

背景技术

可再生能源发电技术是目前世界各国竞相追逐的研究热点，有两个方面的问题尤其引人关注。

其一，由于风能和太阳能等可再生能源的所具有的间歇性和波动性，导致并网的可再生能源电能对电力系统的稳定和控制带来了极大的挑战。友好的、可调度的可再生能源电能是人们所向往和追求的目标。而储能及功率补偿技术是解决该问题的关键，迫切需要能够实现无功补偿及双向有功功率调节的统一功率变换装置。

其二，新型高效、低成本的大型可再生能源发电变流器研究也是目前的热点。以光伏发电为例，目前大多采用“逆变+升压+汇流”的技术方案。由于目前商用的最大容量单体电池用逆变器容量为500kW，对于一座百兆瓦光伏电站需使用200台光伏电池逆变器和100台三绕组分裂变压器。硬件成本高且占地面积大，极大的限制了光伏发电技术的推广利用，亟需研发低成本、占地面积小的技术方案。

Dedoncker R W 等申请了Power conversion apparatus for DC-DC conversionusing dual active bridges美国专利（U.S. Patent No:5027264），提出由两台方波输入电压和功率调节，并借助于变压器漏电感和外接电感实现零电压开关。中国实用新型专利CN 202617004U在此基础上加以改进，得到了一种隔离型双向DC/DC变换器。而经典的级联式H桥DC/AC变换器基于多个单相电压型全桥逆变电路单元的串联，借助于适当的控制策略，可实现交流和直流侧双向的功率流动。若将两者加以改进并有机融合，可实现双向高效DC/AC的功率变换。

本发明提出一种新型的组合式双向DC/AC变流器拓扑结构，该拓扑基于可灵活变形的“隔离型半桥DC/DC变换器”及直接并入交流侧电网的“级联式H桥DC/AC变换器”的组合，能实现交流侧和直流侧的有功功率双向流动以及交流侧系统的无功补偿，并具有很宽的电压匹配能力。适用于可再生能源发电厂的有功调节和无功补偿、大型光伏电站的并网、微电网的调频调压等场合，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种可应用于但不限于功率调节及光伏电站并网等场合的组合式双向DC/AC变流器拓扑结构，用于平滑可再生能源发电的输出功率，减小其对电网的冲击等不利影响等。

本发明的技术方案：

一种组合式双向DC/AC变流器拓扑结构，该拓扑由相同的三相电路组成，每一相由隔离半桥DC/DC变流器和级联式H桥DC/AC变流器组合而成，隔离半桥DC/DC变流器的输出并联第一电容器后作为级联式DC/AC变流器单级H桥的输入，每一级H桥均与独立的隔离半桥DC/DC变流器相连。

隔离半桥DC/DC变流器包括第一开关管，第二开关管，第三开关管，第四开关管，第二电容器，第三电容器，第四电容器，第五电容器，高频隔离变压器，电源滤波电感，谐振电感；其连接：直流电源的正极经电源滤波电感后连在由第一开关管和第二开关管组成的桥臂上，该桥臂同第二电容器和第三电容器组成另一桥臂并联，两桥臂的输出经谐振电感并联于高频隔离变压器的一次侧，高频隔离变压器的二次侧输出连在由第四电容器和第五电容器组成的桥臂上。