[发明专利]三相CLLC双向直流变换器及其控制方法

说明书

本发明属于直流变换器技术领域，具体涉及了一种三相CLLC双向直流变换器及其控制方法，旨在解决现有基于模块化的高压侧串联‑低压侧并联结构模块数量多、可靠性差以及现有基于多电平技术的变换器电路拓扑复杂、电容分压不均、钳位管电压应力高的问题。本发明包括：高压侧分压电容模块包括3个分压电容；三相半桥串联/并联模块包括串联/并联的三个桥臂，每个桥臂包括串联的两个开关管；三相原边/副边谐振模块包括a、b、c三相原边/副边谐振腔；三相隔离变压器包括a、b、c三个单相变压器；低压侧电容模块。本发明通过分压电容进行高压侧电压分压，降低钳位管电压应力，并通过高频软开关技术降低开关损耗，提高变换器效率和功率密度。

技术领域

本发明属于直流变换器技术领域，具体涉及了一种三相CLLC双向直流变换器及其控制方法。

背景技术

双向直流变换器可实现输入、输出电压不变的同时，改变输入、输出电流的方向，实现能量的双向传输，是直流电压变换和功率控制的关键设备。随着可再生能源分布式发电系统和直流配电网技术的快速发展，适用于高压大功率场合的双向直流变换器成为近年来的重要发展方向和研究热点之一。

在直流配电网和可再生能源直流发电系统中，高压侧电压可高达几kV到几十kV，由于常规功率开关器件的击穿电压较低，高电压直流电源系统多采用高压侧串联、低压侧并联的模块化连接方式。然而，随着电压的不断提高，模块数量增加，对系统的效率、可靠性和功率密度提出了严峻的挑战。为了提高直流电源系统的普适性和综合电气性能，上述系统中的双向变换器需满足电压变比高、大功率输出等诸多需求。

为了适应高电压大功率的运行要求，多电平技术在变换器拓扑中得到较广泛的应用。采用多电平技术的变换器既能实现能量的双向传输，又能满足高电压大功率的要求，还可进一步降低功率开关管的电压应力。然而，随着高压侧电压的升高，多电平变换器功率器件的数量急剧上升，电路拓扑十分复杂，且存在电容分压不均、钳位管电压应力高等问题，为其在高电压双向直流变换器中的应用带来极大挑战。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有基于模块化的高压侧串联-低压侧并联结构模块数量多、可靠性差以及现有基于多电平技术的变换器随高压侧电压升高电路拓扑复杂、电容分压不均、钳位管电压应力高的问题，本发明提供了一种三相CLLC双向直流变换器，该直流变换器包括顺次连接的高压侧分压电容模块、三相半桥串联模块、三相原边谐振模块、三相隔离变压器、三相副边谐振模块、三相半桥并联模块、低压侧电容模块；

所述高压侧分压电容模块，用于进行将高压侧的电压分压以及平滑高压直流母线电压并吸收所述三相半桥串联模块的高脉冲电流；

所述三相半桥串联模块，当能量从高压侧向低压侧传递时，用于将分压后的直流母线电压调制为高频交变的交流方波，当能量从低压侧向高压侧传递时，用于将变压器传递来的高频交流电压整流为直流电压；

所述三相原边谐振模块，与所述三相副边谐振模块配合实现开关管的软开关；

所述三相隔离变压器，用于实现原边与副边的电气隔离以及实现原边与副边的能量传输；

所述三相半桥并联模块，当能量从高压侧向低压侧传递时，用于将将变压器传递来的高频交流电压整流为直流电压，当能量从低压侧向高压侧传递时，用于将低压直流母线电压调制为高频交变的交流方波；

所述低压侧电容模块，用于平滑低压直流母线电压并吸收所述三相半桥并联模块的高脉冲电流。

在一些优选的实施例中，所述高压侧分压电容模块包括分压电容C_H1、分压电容C_H2、分压电容C_H3；

所述分压电容C_H1、分压电容C_H2、分压电容C_H3的电压均为高压侧电压的1/3。