【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子功率变换器领域，尤其是涉及一种单级隔离双向ac-dc变换器拓扑结构及其控制方法。
技术介绍
1、随着储能技术、电动汽车车网互动的不断发展，市场对具备高频隔离高效率、高功率密度、高可靠性、强抗扰能力及低电流纹波的特性的双向ac-dc变换器产生了巨大的需求。
2、目前，主流双向ac-dc变换器由非隔离型ac-dc变换器和高频隔离型dc-dc变换器两级级联而成。前级主要用于网侧功率因数矫正，后级控制动力电池的充电电压和电流。两级式变换器传输效率为前级ac-dc与后级dc-dc变换器传输效率的乘积，两级损耗及器件多的特点明显制约了车载充电机系统效率、功率密度及可靠性的进一步提升。
3、单级式结构则融合了前级ac-dc与后级dc-dc网侧部分，交直流能量转换和电气隔离通过一级电能变换实现。与两级式结构相比，采用单级式变换器可以减少网侧开关管数量、降低开关管损耗及系统复杂度,在传输效率、能量密度及可靠性方面具有更高挖掘潜力。然而，现有的单级式结构通常省略网侧直流稳压电容，这将导致网侧变换器输出电压与电网电压相关，系统整体抗干扰能力变弱，导致系统效率下降、充电电流纹波变大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种单级隔离双向ac-dc变换器拓扑结构及其控制方法，能够解决现有单级结构中系统效率下降、抗干扰能力变弱及充电电流纹波问题。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种单级隔离双向ac
3、所述交流侧变换器的交流端复用为工频及高频输出端，通过频分复用的方式与交流侧和直流侧实现能量交互，所述交流侧变换器的直流端连接有交流侧直流电容，所述交流侧变换器用于将交流侧直流电容电压斩波成占空比可调的高工频混合脉冲电能；
4、所述交流侧直流电容用于调节稳定电压；
5、所述cllc谐振腔的一端与交流侧变换器的交流端相连接，所述cllc谐振腔的另一端与直流侧变换器相连接，所述cllc谐振腔用于从交流侧变换器产生的高工频混合脉冲电能波形中分离出高频基波分量，使得流向直流侧变换器的仅有高频电能；
6、所述高频变压器用于实现高频隔离；
7、所述直流侧变换器用于将直流电变换为占空比可调的高频脉冲电能；
8、所述直流侧滤波器的输出端与直流电源、电池或直流负载相连接。
9、进一步地，所述交流侧滤波器具体为l或lcl结构。
10、进一步地，所述交流电源具体为单相交流电源或三相交流电源。
11、进一步地，所述交流电源为单相交流电源时，所述交流侧变换器和直流侧变换器均由单相全桥组成，所述cllc谐振腔为单相cllc谐振腔。
12、进一步地，所述交流电源为三相交流电源时，所述交流侧变换器和直流侧变换器均由三相全桥组成，所述cllc谐振腔为三相cllc谐振腔。
13、进一步地，所述交流侧变换器的功率开关器件和直流侧变换器的功率开关器件采用相同的高频开关频率。
14、进一步地，所述交流侧变换器和直流变换器内的功率开关器件具体为igbt功率开关器件、sic功率开关器、gan功率开关器或mosfet功率开关器件。
15、一种单级隔离双向ac-dc变换器拓扑结构的控制方法，采用双向功率变换控制，用于实现单级隔离双向ac-dc变换器功率大小的调整以及功率流动方向的调整，所述双向功率变换控制包括电池侧双向能量控制和电网侧双向能量控制两个过程。
16、进一步地，所述电池侧双向能量控制的过程包括：根据原副边移相角指令，控制交流侧变换器产生的高频脉冲电能和直流侧变换器产生的高频脉冲电能之间的相位差，实现功率大小的调整和功率流动方向的控制；通过改变交流侧变换器和直流侧变换器的开关频率及调制比指令，实现功率大小的调整。
17、进一步地，所述电网侧双向能量控制的过程包括：根据交流电源电流指令，控制交流侧变换器产生的高频脉冲电能与交流电源之间的相位差，实现功率大小的调整和功率流动方向的控制；通过改变交流调制比指令，实现功率大小的调整。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
19、一、本专利技术通过设置依次连接的交流侧滤波器、交流侧变换器、cllc谐振腔、直流侧变换器和直流侧滤波器，并将交流侧变换器的交流端复用为工频及高频输出端，通过频分复用的方式与交流侧和直流侧实现能量交互，还在交流侧变换器的直流端连接有交流侧直流电容，以实现电压稳定，利用交流侧变换器将交流侧直流电容电压斩波成占空比可调的高工频混合脉冲电能；利用cllc谐振腔从交流侧变换器产生的高工频混合脉冲电能波形中分离出高频基波分量，使得流向直流侧变换器的仅有高频电能；利用高频变压器实现高频隔离；利用直流侧变换器将直流电变换为占空比可调的高频脉冲电能。由此实现一种单级隔离型双向ac-dc变换器拓扑结构，能够实现低成本、高功率密度以及高性能的双向ac-dc的功率变换，有效解决现有单级结构中系统效率下降、抗干扰能力变弱及充电电流纹波问题。
20、二、本专利技术设计包括电池侧双向能量控制和电网侧双向能量控制两个过程的双向功率变换控制方案，一方面在电池侧根据原副边移相角指令，相应控制交流侧变换器和直流侧变换器产生的高频脉冲电能之间的相位差，实现功率大小的调整和功率流动方向的控制；改变交流侧变换器和直流侧变换器开关频率及调制比指令，实现功率大小的调整；另一方面在电网侧根据交流电源电流指令，控制交流侧变换器产生的高频脉冲电能与交流电源相位差，实现功率大小的调整和功率流动方向的控制；改变交流调制比指令，实现功率大小的调整。由此能够稳定可靠地实现单级隔离双向ac-dc变换器功率大小的调整和功率流动方向的控制。
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1.一种单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，包括依次连接的交流侧滤波器、交流侧变换器、CLLC谐振腔、直流侧变换器和直流侧滤波器，所述CLLC谐振腔内设置有高频变压器，所述交流侧滤波器的一端连接有交流电源或交流负载，所述交流侧滤波器的另一端连接至交流侧变换器的交流端；
2.根据权利要求1所述的一种单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流侧滤波器具体为L或LCL结构。
3.根据权利要求1所述的一种单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流电源具体为单相交流电源或三相交流电源。
4.根据权利要求3所述的一种单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流电源为单相交流电源时，所述交流侧变换器和直流侧变换器均由单相全桥组成，所述CLLC谐振腔为单相CLLC谐振腔。
5.根据权利要求3所述的一种单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流电源为三相交流电源时，所述交流侧变换器和直流侧变换器均由三相全桥组成，所述CLLC谐振腔为三相CLLC谐振腔。
6.根据权
7.根据权利要求6所述的一种单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流侧变换器和直流变换器内的功率开关器件具体为IGBT功率开关器件、SiC功率开关器、GaN功率开关器或MOSFET功率开关器件。
8.一种应用于如权利要求1所述单级隔离双向AC-DC变换器拓扑结构的控制方法，其特征在于，采用双向功率变换控制，用于实现单级隔离双向AC-DC变换器功率大小的调整以及功率流动方向的调整，所述双向功率变换控制包括电池侧双向能量控制和电网侧双向能量控制两个过程。
9.根据权利要求8所述的一种控制方法，其特征在于，所述电池侧双向能量控制的过程包括：根据原副边移相角指令，控制交流侧变换器产生的高频脉冲电能和直流侧变换器产生的高频脉冲电能之间的相位差，实现功率大小的调整和功率流动方向的控制；通过改变交流侧变换器和直流侧变换器的开关频率及调制比指令，实现功率大小的调整。
10.根据权利要求8所述的一种控制方法，其特征在于，所述电网侧双向能量控制的过程包括：根据交流电源电流指令，控制交流侧变换器产生的高频脉冲电能与交流电源之间的相位差，实现功率大小的调整和功率流动方向的控制；通过改变交流调制比指令，实现功率大小的调整。
...【技术特征摘要】
1.一种单级隔离双向ac-dc变换器拓扑结构，其特征在于，包括依次连接的交流侧滤波器、交流侧变换器、cllc谐振腔、直流侧变换器和直流侧滤波器，所述cllc谐振腔内设置有高频变压器，所述交流侧滤波器的一端连接有交流电源或交流负载，所述交流侧滤波器的另一端连接至交流侧变换器的交流端；
2.根据权利要求1所述的一种单级隔离双向ac-dc变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流侧滤波器具体为l或lcl结构。
3.根据权利要求1所述的一种单级隔离双向ac-dc变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流电源具体为单相交流电源或三相交流电源。
4.根据权利要求3所述的一种单级隔离双向ac-dc变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流电源为单相交流电源时，所述交流侧变换器和直流侧变换器均由单相全桥组成，所述cllc谐振腔为单相cllc谐振腔。
5.根据权利要求3所述的一种单级隔离双向ac-dc变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流电源为三相交流电源时，所述交流侧变换器和直流侧变换器均由三相全桥组成，所述cllc谐振腔为三相cllc谐振腔。
6.根据权利要求1所述的一种单级隔离双向ac-dc变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流侧变换器的功率开关器件和直流侧变换器的功率...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐维溢，曹宇飞，汪雨锋，贺久阳，赵伟杰，杜金博，黄家盛，李锦，汤波，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：
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