[发明专利]一种隔离型高压DC/AC变换器及其宽范围调压控制方法

说明书

本发明公开了一种隔离型高压DC/AC变换器及其宽范围调压控制方法，包括多个串联的模块，每个模块包括依次连接的半桥结构的变换器、H桥逆变器和输出隔离变压器，高压直流电压接在所述多个串联的模块的输入端，所述多个模块的所有变压器串联后经过LC滤波器输出交流电压连接于单相负载的两端；每个半桥结构的变换器包括一个电容，所述电容与由两个IGBT串联而成的串联支路并联；所述H桥逆变器包括第一～第四IGBT，每个IGBT与一个二极管反向并联，第一、第二IGBT串联；第三、第四IGBT串联。本发明可以使得各子模块电压稳定在预期电压，稳压效果好。

技术领域

本发明涉及一种隔离型高压DC/AC变换器及其宽范围调压控制方法，适用于高压直流到高压交流变换的应用场合。

背景技术

在大功率DC/AC变换场合，受单个开关器件发展水平限制，如何选择合适的高耐压开关器件是目前研究人员所面临的挑战之一。例如在我国船舶供电系统中，普遍采用850-1250V直流供电，高速电气化铁路供电系统中供电直流母线高达2160-2600V,如此高压的应用场合使得开关器件选型有限且价格昂贵。由于目前电力电子开关器件性能水平达到了瓶颈，所以只能从优化拓扑结构和控制方式入手解决问题，因此研究多模块串联结构的变换器拓扑具有重要意义。

多个功率器件直接串联可以满足高压需求，但是会带来均压的问题，因此需要额外的电路实现器件均压，这就增加了装置的成本。将多个功率变换器模块串联使用也是一种降低单个器件的电压应力的有效办法，如果在输入端输入电压为U_dc,串联n个变换器模块，则每个模块承受的电压为U_dc/n，当变换器个数n足够时，可以大大降低每个模块承受的电压应力，从而选取到合适的开关器件。此外由于采用模块化设计，非常易于扩展和冗余设计，提高系统的可靠性。根据应用的场合，多个模块串联输入的拓扑输出端可以分为两种，一种是输入串联输出并联，另一种是输入串联输出串联。输入串联输出并联的结构适用于较低电压大电流场合，而输入串联输出串联则适用于高电压输出的场合。

对于单模块内部结构，传统的输入串联输出串联的各模块采用了隔离的两级式结构：DC-DC变换和DC-AC逆变，其中DC-DC变换采用了全桥隔离拓扑，DC-AC采用全桥逆变。其中DC-DC变换采用的全桥隔离拓扑需要4个IGBT器件和4个快恢复二极管共8个器件，这就增加了DC-DC变换的开关损耗和装置成本。因此研究开关器件较少、控制更简单的拓扑结构具有十分重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种隔离型高压DC/AC变换器及其宽范围调压控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种隔离型高压DC/AC变换器，包括多个串联的模块，每个模块包括依次连接的半桥结构的变换器、H桥逆变器和输出隔离变压器，高压直流电压接在所述多个串联的模块的输入端，所述多个模块的所有变压器串联后经过LC滤波器输出交流电压连接于单相负载的两端；每个半桥结构的变换器包括一个电容，所述电容与由两个IGBT串联而成的串联支路并联，所述串联支路作为高压直流输入端，当当前模块的上IGBT即V_ai1通时，与当前模块相连的下一模块的电容投入，输入电压为U_dci；其中，i表示第i个模块；当当前模块的下IGBT即V_ai2开通时，电容被旁路，此时与当前模块相连的下一模块的输入电压为0；所述多个串联的模块的输入电压的和为高压直流侧的电压U_dc；所述H桥逆变器包括第一～第四IGBT，每个IGBT与一个二极管反向并联，第一、第二IGBT串联；第三、第四IGBT串联；当第一IGBT和第四IGBT开通时，在变压器侧输出高电平U_dci，当第二IGBT和第三IGBT开通时，在变压器侧输出负电平-U_dci。

相应的，本发明还提供了一种隔离型高压DC/AC变换器宽范围调压控制方法，包括以下步骤：