[发明专利]单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及AC/DC变换器，尤其涉及一种单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及其控制方法。

背景技术

分布式发电可以提供传统电力系统无可比拟的可靠性和经济性，它灵活、分散的特点可以使其与大电网互为备用，使供电可靠性得到改善。但是，分布式电源单机接入成本高、控制困难。为了减小分布式电源对电网的冲击，当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行，这大大限制了分布式电源的充分发挥，也间接限制了对新能源的利用。为了解决以上问题，微网技术应运而生，它协调了分布式发电与大电网之间的矛盾，使新能源和可再生能源进入规模化应用的新时代。微网与大电网互为备用、联合运行，有利于新能源的开发利用，缓解用电高峰时段的供电压力，提高了供电可靠性和经济性，是未来新能源利用发展的主要方向。

目前国内外研究的微网系统结构主要有交流微网、直流微网和交直流混合微网。在交流微网中，交流母线与蓄电池之间需要一个双向AC/DC变换器，帮助蓄电池实现削峰填谷的作用；在直流微网中，双向AC/DC变换器作为电网接口变换器，实现电网与直流母线之间能量的相互传递；在交直流混合微网中，双向AC/DC变换器是承担系统能量管理功能的关键角色，是交流微网与直流微网进行能量传递的唯一通道。在大功率场合，通常考虑采用三相双向AC/DC变换器，它是保证微网正常运行的关键变换器。

三相双向AC/DC变换器通常采用三相电压型PWM整流器拓扑。采用三相电压型PWM整流器拓扑的三相双向AC/DC变换器的直流侧呈升压特性，三相380V交流电压经其变换后直流电压通常达600～800V，需要在后级加DC/DC变换器进行降压后才能接到380V直流母线上，使得这种三相双向AC/DC变换器需要两级结构，同时因其不能实现电气隔离，需要使用工频变压器，导致其具有体积重量大、成本高的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及其控制方法，解决现有技术中三相双向AC/DC变换器将三相380V交流电压变换为380V直流电压或者380V直流电压变换为三相380V交流电压时必须采用两级结构的问题，同时实现电气隔离。

本发明为实现上述发明目的所采取的技术方案是：一种单级式隔离型三相双向AC/DC变换器，包括三个交流侧电感、三相桥臂、三个双向开关、半桥桥臂、隔离变压器、整流/逆变桥臂和直流侧滤波电容，三相桥臂的三个桥臂中点分别与一个交流侧电感和一个双向开关相连，三个双向开关的另一端均与隔离变压器原边绕组同名端相连，半桥桥臂与三相桥臂并联，半桥桥臂的桥臂中点与隔离变压器原边绕组异名端相连，隔离变压器副边绕组与整流/逆变桥臂的两个中点相连，整流/逆变桥臂与直流侧滤波电容并联。

所述三相桥臂由六个开关管组成，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极相连作为一个桥臂，第三开关管的发射极与第四开关管的集电极相连作为一个桥臂，第五开关管的发射极与第六开关管的集电极相连作为一个桥臂，第一开关管、第三开关管、第五开关管的集电极相连，第二开关管、第四开关管、第六开关管的发射极相连。

所述三个双向开关由六个开关管组成，第七开关管的发射极与第八开关管的发射极相连组成一个双向开关，第九开关管的发射极与第十开关管的发射极相连组成一个双向开关，第十一开关管的发射极与第十二开关管的发射极相连组成一个双向开关。

所述半桥桥臂由两个开关管组成，第十三开关管的发射极与第十四开关管的集电极相连。

所述整流/逆变桥臂由四个开关管组成，第十五开关管的发射极与第十六开关管的集电极相连作为一个桥臂，第十七开关管的发射极与第十八开关管的集电极相连作为一个桥臂，第十五开关管、第十七开关管的集电极相连，第十六开关管、第十八开关管的发射极相连。

所述开关管均由一个单向开关管和一个二极管并联组成，并联时单向开关管的发射极与二极管的阳极相连，单向开关管的集电极与二极管的阴极相连。

所述二极管可以是IGBT的反并二极管，也可以是MOSFET的寄生二极管。