一种DC-AC三端口变换器及其交流侧均流控制方法技术

本发明专利技术属于电力电子技术领域，具体涉及一种DC‑AC三端口变换器，本发明专利技术还涉及一种DC‑AC三端口变换器交流侧均流控制方法。通过直流母线电流闭环调节和交流侧均流环及其解耦补偿来控制桥臂间内移相角和外移相角，从而实现系统功率控制与交流侧电流的均流控制。可实现直流侧电源和交流侧电源之间功率传输方向控制和功率传输大小控制；在电路参数存在差异时，可实现交流侧电流的均衡；在交流侧两组周波变换器均正常工作时，可提高系统功率等级；而其中一组故障时，令一组继续工作提高系统容错能力。

【技术实现步骤摘要】
一种DC-AC三端口变换器及其交流侧均流控制方法
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种DC-AC三端口变换器，本专利技术还涉及一种DC-AC三端口变换器交流侧均流控制方法。
技术介绍
在新能源发电系统、混合风光互补系统和混合动力汽车等领域中，经常需要实现直流侧电源与交流侧电源之间的能量双向传输，如光伏发电系统并交流电网或储能蓄电池向交流微电网输入能量等。此时需要一套双向的DC-AC功率变换装置来实现能量的高效双向传输。另一方面，为了提高系统功率等级和稳定性，采用基于DAB的三端口DC-AC电路拓扑结构，由于实际电路中电路参数的差异，如谐振电路电感电容数值、多绕组隔离变压器等效参数和线路等效阻抗参数等，这些会使得交流侧周波变换器并网电流幅值产生差异，为解决这一问题需要对系统进行电流均衡控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种针对交直流电源间能量双向传输的三端口电路拓扑及与其对应的均流控制技术。本专利技术是这样实现的：一种DC-AC三端口变换器，由三个部分组成：原边全桥电路、第一周波变换器1和第二周波变换器。第一周波变换器1包括第一功率开关管S1A、第二功率开关管S1B、第三功率开关管S3A、第四功率开关管S3B、第五功率开关管S2A、第六功率开关管S2B、第七功率开关管S4A、第八功率开关管S4B，第二周波变换器包括第九功率开关管S1C、第十功率开关管S1D、第十一功率开关管S3C、第十二功率开关管S3D、十三功率开关管S2C、第十四功率开关管S2D、第十五功率开关管S4C、第十六功率开关管S4D，原边全桥电路包括第十七功率开关管Q1、第十八功率开关管Q2、第十九功率开关管Q3、第二十功率开关管Q4；原边全桥电路由第一桥臂Leg1和第二桥臂Leg2组成，第一桥臂Leg1由第十七功率开关管Q1和第十九功率开关管Q3串联而成，第二桥臂Leg2由第十八功率开关管Q2和第二十功率开关管Q4串联而成，第一桥臂Leg1的中点A接高频隔离变压器的原边节点a1，第二桥臂Leg2的中点B接高频隔离变压器的原边节点a2，原边全桥电路的左侧输入端连接直流电源；第一周波变换器1由第三桥臂Leg3和第四桥臂Leg4组成，第三桥臂Leg3由第一双向开关和第二双向开关串联而成，其中第一功率开关管S1A和第二功率开关管S1B反向串联构成第一双向开关，第三功率开关管S3A和第四功率开关管S3B反向串联构成第二双向开关；第四桥臂Leg4由第三双向开关和第四双向开关串联而成，其中第五功率开关管S2A和第六功率开关管S2B反向串联构成第三双向开关，第七功率开关管S4A和第八功率开关管S4B反向串联构成第四双向开关，第三桥臂Leg3的中点C接第一谐振电路1的一端，第一谐振电路1由第一电感Ls1和第一电容Cs1串联而成，第一谐振电路1的另一端接高频变压器的第一副边节点b1，第四桥臂Leg4的中点D接高频变压器的第一副边的节点b2，第一周波变换器1的输出端M1和N1之间连接有一个由第二电容Cf1和第二电感Lf1组成的第一输出滤波器，第一输出滤波器的另一端连接交流电网；第二周波变换器与第一周波变换器1并联，第二周波变换器由第五桥臂Leg5和第六桥臂Leg6组成，第五桥臂Leg5由第五双向开关和第六双向开关串联而成，其中第九功率开关管S1C和第十功率开关管S1D反向串联构成第五双向开关，第十一功率开关管S3C和第十二功率开关管S3D反向串联构成第六双向开关；第六桥臂Leg6由第七双向开关和第八双向开关串联而成，其中第十三功率开关管S2C和第十四功率开关管S2D反向串联构成第七双向开关，第十五功率开关管S4C和第十六功率开关管S4D反向串联构成第八双向开关，第五桥臂Leg5的中点E接第二谐振电路的一端，第二谐振电路由第三电感Ls2和第三电容Cs2串联而成，第二谐振电路的另一端接高频变压器的第二副边的节点c1，第六桥臂Leg6的中点F接高频变压器的第二副边的节点c2，第二周波变换器的输出端M2和N2之间连接有一个由第四电容Cf2和第四电感Lf2组成的第二输出滤波器，第二输出滤波器的另一端连接交流电网。一种DC-AC三端口变换器的交流侧均流控制方法，具体的实现步骤如下：步骤1.系统初始化，使得控制变量电流控制器输出第一移相角控制量第二移相角控制量第三移相角控制量步骤2.通过电流传感器获取反馈信号直流侧电源输出电流i1，端口2输入并网电流i2和端口3输入并网电流i3，电流HALL传感器CS1检测直流侧电源输出电流i1，电流HALL传感器CS2检测交流侧端口2的输入并网电流i2，电流HALL传感器CS3检测交流侧端口3的输入并网电流i3；步骤3.由直流侧电源输出电流i1，通过低通滤波器LPF获取直流分量idc；步骤4.由端口2并网电流i2，通过电流调节器Gdc获取相对应的第一移相角控制量步骤5.由端口3并网电流i3，通过电流调节器G32获取相对应的第二移相角控制量步骤6.由第三移相角控制量通过解耦补偿器环节H，输出控制信号步骤7.对和求和得到第四移相角控制量将作为第一移相调制模块PSM1的输入，经PSM1调制输出8路与SiA和SiB，i＝1，2，3，4，对应的占空比为0.5的驱动信号，作为第二移相调制模块PSM2模块的输入，经PSM2调制输出8路与SiC和SiD，i＝1，2，3，4，对应的占空比为0.5驱动信号；步骤8.在没有得到停机指令的情况下重复执行(2)～(5)步骤，否则退出运行状态。所述的一种DC-AC三端口变换器的交流侧均流控制方法，所述的步骤7，通过控制第一移相调制模块PSM1和第二移相调制模块PSM2模块，输出和的值，调节并网电流i2和并网电流i3的幅值，端口2并网电流i2、端口3并网电流i3和并网总电流ig表达式分别为：其中：N为匝数比，ωs为系统开关频率，Cs1为第一电容的值，Ls1为第一电感的值，Ls2为第三电感的值，Cs2为第三电容的值，P12为端口1和端口2之间的基波有功功率，Vdc为直流侧电压值，Vg为交流电网电压，为桥臂Leg1和Leg2之间的移相角，为桥臂Leg3和Leg4之间的移相角，为桥臂Leg5和Leg6之间的移相角，θ1为端口1和端口2两个全桥之间的移相角，θ2为端口1和端口3两个全桥之间的移相角，θ3为端口2和端口3两个全桥之间的移相角，所述的一种DC-AC三端口变换器及其交流侧均流控制方法，所述的步骤4中H的推导过程为，步骤4.1.根据i2、i3和并网总电流ig表达式推导可得I1和I1和在静态工作点的传递函数为：式中L表示进行Laplace变换；步骤4.2.解耦补偿器环节为：为实现交直流电源间能量的双向传输，在传统的隔离DC-AC变换器主电路拓扑结构基础上(原边为一个H桥型的全桥变换器，副边为一个周波变换器Cyclo1)，提出增加一个副边绕组，并再增加一个与之相连的周波变换器Cyclo2。Cyclo1与Cyclo2在输出端并联并与电网连接。如此形成一个双向双有源的三端口DC-AC变换器主电路拓扑结构。与传统的隔离DC-AC变换器主电路拓扑(原边为H桥型全桥变换器，副边为一个周波变换器)及控制方法不同，(1)通过参数设计使高频变压器两个副边绕组在运行时同时处于近似谐振状态，即使高频变压器绕组中的电流近似为正弦波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC‑AC三端口变换器，由三个部分组成：原边全桥电路、第一周波变换器1和第二周波变换器，其特征在于：第一周波变换器1包括第一功率开关管S1A、第二功率开关管S1B、第三功率开关管S3A、第四功率开关管S3B、第五功率开关管S2A、第六功率开关管S2B、第七功率开关管S4A、第八功率开关管S4B；第二周波变换器包括第九功率开关管S1C、第十功率开关管S1D、第十一功率开关管S3C、第十二功率开关管S3D、十三功率开关管S2C、第十四功率开关管S2D、第十五功率开关管S4C、第十六功率开关管S4D；原边全桥电路包括第十七功率开关管Q1、第十八功率开关管Q2、第十九功率开关管Q3、第二十功率开关管Q4；原边全桥电路由第一桥臂Leg1和第二桥臂Leg2组成，第一桥臂Leg1由第十七功率开关管Q1和第十九功率开关管Q3串联而成，第二桥臂Leg2由第十八功率开关管Q2和第二十功率开关管Q4串联而成，第一桥臂Leg1的中点A接高频隔离变压器的原边节点a1，第二桥臂Leg2的中点B接高频隔离变压器的原边节点a2，原边全桥电路的左侧输入端连接直流电源；第一周波变换器1由第三桥臂Leg3和第四桥臂Leg4组成，第三桥臂Leg3由第一双向开关和第二双向开关串联而成，其中第一功率开关管S1A和第二功率开关管S1B反向串联构成第一双向开关，第三功率开关管S3A和第四功率开关管S3B反向串联构成第二双向开关；第四桥臂Leg4由第三双向开关和第四双向开关串联而成，其中第五功率开关管S2A和第六功率开关管S2B反向串联构成第三双向开关，第七功率开关管S4A和第八功率开关管S4B反向串联构成第四双向开关，第三桥臂Leg3的中点C接第一谐振电路1的右端，第一谐振电路1由第一电感Ls1和第一电容Cs1串联而成，第一谐振电路1的另一端接高频变压器的第一副边节点b1，第四桥臂Leg4的中点D接高频变压器的第一副边的节点b2，第一周波变换器1的输出端M1和N1之间连接有一个由第二电容Cf1和第二电感Lf1组成的第一输出滤波器，第一输出滤波器的另一端连接交流电网；第二周波变换器与第一周波变换器1并联，第二周波变换器由第五桥臂Leg5和第六桥臂Leg6组成，第五桥臂Leg5由第五双向开关和第六双向开关串联而成，其中第九功率开关管S1C和第十功率开关管S1D反向串联构成第五双向开关，第十一功率开关管S3C和第十二功率开关管S3D反向串联构成第六双向开关；第六桥臂Leg6由第七双向开关和第八双向开关串联而成，其中第十三功率开关管S2C和第十四功率开关管S2D反向串联构成第七双向开关，第十五功率开关管S4C和第十六功率开关管S4D反向串联构成第八双向开关，第五桥臂Leg5的中点E接第二谐振电路的一端，第二谐振电路由第三电感Ls2和第三电容Cs2串联而成，第二谐振电路的另一端接高频变压器的第二副边的节点c1，第六桥臂Leg6的中点F接高频变压器的第二副边的节点c2，第二周波变换器的输出端M2和N2之间连接有一个由第四电容Cf2和第四电感Lf2组成的第二输出滤波器，第二输出滤波器的另一端连接交流电网。...

【技术特征摘要】
1.一种DC-AC三端口变换器，由三个部分组成：原边全桥电路、第一周波变换器1和第二周波变换器，其特征在于：第一周波变换器1包括第一功率开关管S1A、第二功率开关管S1B、第三功率开关管S3A、第四功率开关管S3B、第五功率开关管S2A、第六功率开关管S2B、第七功率开关管S4A、第八功率开关管S4B；第二周波变换器包括第九功率开关管S1C、第十功率开关管S1D、第十一功率开关管S3C、第十二功率开关管S3D、十三功率开关管S2C、第十四功率开关管S2D、第十五功率开关管S4C、第十六功率开关管S4D；原边全桥电路包括第十七功率开关管Q1、第十八功率开关管Q2、第十九功率开关管Q3、第二十功率开关管Q4；原边全桥电路由第一桥臂Leg1和第二桥臂Leg2组成，第一桥臂Leg1由第十七功率开关管Q1和第十九功率开关管Q3串联而成，第二桥臂Leg2由第十八功率开关管Q2和第二十功率开关管Q4串联而成，第一桥臂Leg1的中点A接高频隔离变压器的原边节点a1，第二桥臂Leg2的中点B接高频隔离变压器的原边节点a2，原边全桥电路的左侧输入端连接直流电源；第一周波变换器1由第三桥臂Leg3和第四桥臂Leg4组成，第三桥臂Leg3由第一双向开关和第二双向开关串联而成，其中第一功率开关管S1A和第二功率开关管S1B反向串联构成第一双向开关，第三功率开关管S3A和第四功率开关管S3B反向串联构成第二双向开关；第四桥臂Leg4由第三双向开关和第四双向开关串联而成，其中第五功率开关管S2A和第六功率开关管S2B反向串联构成第三双向开关，第七功率开关管S4A和第八功率开关管S4B反向串联构成第四双向开关，第三桥臂Leg3的中点C接第一谐振电路1的右端，第一谐振电路1由第一电感Ls1和第一电容Cs1串联而成，第一谐振电路1的另一端接高频变压器的第一副边节点b1，第四桥臂Leg4的中点D接高频变压器的第一副边的节点b2，第一周波变换器1的输出端M1和N1之间连接有一个由第二电容Cf1和第二电感Lf1组成的第一输出滤波器，第一输出滤波器的另一端连接交流电网；第二周波变换器与第一周波变换器1并联，第二周波变换器由第五桥臂Leg5和第六桥臂Leg6组成，第五桥臂Leg5由第五双向开关和第六双向开关串联而成，其中第九功率开关管S1C和第十功率开关管S1D反向串联构成第五双向开关，第十一功率开关管S3C和第十二功率开关管S3D反向串联构成第六双向开关；第六桥臂Leg6由第七双向开关和第八双向开关串联而成，其中第十三功率开关管S2C和第十四功率开关管S2D反向串联构成第七双向开关，第十五功率开关管S4C和第十六功率开关管S4D反向串联构成第八双向开关，第五桥臂Leg5的中点E接第二谐振电路的一端，第二谐振电路由第三电感Ls2和第三电容Cs2串联而成，第二谐振电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：游江，邓梦露，范巍岩，王西贝，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23