【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于制氢电源，涉及一种交流并网型两级变换式制氢电源及控制方法。
技术介绍
1、随着我国经济的发展，国家对能源的需求日益增多，在使用化石能源的同时，开始大力发展不同的种类的清洁能源。氢能源作为一种零碳、清洁并且高效的能源载体，在我国能源使用中占比逐年增加。为了更加高效的制备氢气，在制备过程中有着重要地位的制氢电源技术不断发展，制氢电源可将电能和氢能绿色高效转换，制氢电源技术越来越受到人们的重视。
2、在制氢电源的低压大电流系统的应用场合中，为抑制交流侧谐波畸变率，传统拓扑结构采用三相电流型pwm整流器作为制氢电源的拓扑结构，例如文献《新型低压大电流三相pwm整流器分析》(陈超等，四川大学电气信息学院，2017年)，该拓扑结构在满足低压大电流的要求同时能抑制交流侧谐波畸变率，但该拓扑结构为三级式电力电子变换器，存在控制方法复杂、直流滤波电感庞大的缺点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是如何设计一种能够抑制交流侧谐波畸变率、改善功率因数的体积小、功率密度高的两级变换式制氢电源。
2、本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
3、一种交流并网型两级变换式制氢电源，包括：单相并网接入电路(10)、前级模块化多电平换流器(11)、中频变压器(12)、后级全桥变换器(13)；所述的单相并网接入电路(10)由母线电容c1、母线电容c2、交流电网电源va、母线电感la、电抗器lx、电抗器ly构成；所述的前级模块化多电平换流器(11)由两个桥臂
4、所述的母线电容c1与母线电容c2串联后的串联公共点接地，母线电容c1的非串联端与前级模块化多电平换流器(11)的一个输入端连接，母线电容c2的非串联端与前级模块化多电平换流器(11)的另一个输入端连接；所述的交流电网电源va的一端连接在母线电容c1与母线电容c2串联公共点，交流电网电源va的另一端与母线电感la的一端连接，母线电感la的另一端分别与电抗器lx的一端以及电抗器ly的一端连接，电抗器lx的另一端连接在第一桥臂的中点，电抗器ly的另一端连接在第二桥臂的中点；
5、所述的中频变压器(12)的一次侧的两端分别连接在第一桥臂的中点和第二桥臂的中点，中频变压器(12)的二次侧的两端分别连接在后级全桥变换器(13)的两个桥臂的中点；所述的中频变压器(12)用于提供电隔离，并且将高压侧带有耦合相间电感的前级模块化多电平换流器(11)与低压侧的后级全桥变换器(13)相连。
6、进一步地，每个换流模块均由多个半桥变换器串联的而成，半桥变换器工作在四个不同的状态，具体如下：当半桥变换器的电流im为正时，控制半桥模块中开关s1关断，对应的开关s2导通，该半桥模块电压为0；当半桥变换器的电流im为正时，控制半桥模块中开关s1导通，对应的开关s2关断，该半桥模块电压为vd；当半桥变换器的电流im为负时，控制半桥模块中开关s1关断，对应的开关s2导通，该半桥模块电压为0；当半桥变换器的电流im为负时，控制半桥模块中开关s1导通，对应的开关s2关断，该半桥模块电压为vd。
7、进一步地，电源的工作原理如下：交流电网电源va通过单相并网接入电路(10)给前级模块化多电平换流器(11)供电，前级模块化多电平换流器(11)将工频的交流电网电源va转换为中频的交流电，再通过中频变压器(12)传送给后级全桥变换器(13)，后级全桥变换器(13)将交流电转换为直流电给制氢电解槽供电。
8、一种应用于所述的交流并网型两级变换式制氢电源的控制方法，包括：前级模块化多电平换流器桥臂平均电压及输入电流控制、前级模块化多电平换流器桥臂的上下换流模块的电压差控制、后级全桥变换器的输出直流侧电压控制；
9、所述的前级模块化多电平换流器桥臂平均电压及输入电流控制的方法具体如下：通过采集前级模块化多电平换流器(11)的第一桥臂、第二桥臂的第一换流模块(111)、第二换流模块(112)、第三换流模块(113)、第四换流模块(114)电压vx1、vx2、vy1、vy2，取vx1、vx2、、vy1、vy2的平均电压vb，将vb与电压平均指令值vd作差，通过第一pi控制器得到调制信号，之后与sinωt信号相乘得到用于输入电流控制的电流指令值ia_ref，再采集母线电感la的电流ia，并与输入电流控制的电流指令值ia_ref作差，通过第二pi控制器得到调制信号u*；
10、所述的前级模块化多电平换流器桥臂的上下换流模块的电压差控制的方法具体如下：将采集的电压vx2与vx1作差，通过第三pi控制器得到调制信号ux，再将调制信号ux减去调制信号u*的差值送入载波移相调制器，得到第一桥臂的第一换流模块(111)的pwm控制信号；同时将调制信号u*减去调制信号ux的差值送入载波移相调制器，得到第一桥臂的第二换流模块(112)的pwm控制信号；将采集的电压vy2与vy1作差，通过第四pi控制器得到调制信号uy，再将调制信号uy减去调制信号u*的差值送入载波移相调制器，得到第二桥臂的第三换流模块(113)的pwm控制信号；同时将调制信号u*减去调制信号uy的差值送入载波移相调制器，得到第二桥臂的第四换流模块(114)的pwm控制信号；
11、所述的后级全桥变换器的输出直流侧电压控制的方法具体如下：采集输出电压vo与输出电压指令值vo_ref作差，差值通过第五pi控制器以及pwm环节得到控制后级全桥变换器的开关的脉冲，从而控制输出电压vo。
12、进一步地，所述的第一pi控制器的控制策略为：
13、ia_ref＝kpia(vb-vd)+kiia∫(vb-vd)dt
14、其中，kpia为第一pi控制器的比例环节参数，kiia为第一pi控制器的积分环节参数。进一步地，所述的第二pi控制器的控制策略为：
15、u*＝kpu*(ia-ia_ref)+kiu*∫(ia-ia_ref)dt
16、其中，kpu*为第二pi控制器的比例环节参数，kiu*为第二pi控制器的积分环节参数。
17、进一步地，所述的第三pi控制器的控制策略为：
18、ux＝kpux(vx2-vx1)+kiux∫(vx2-vx1)dt
19、其中，kpux为第三pi控制器的比例环节参数，kiux为第三pi控制器的积分环本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种交流并网型两级变换式制氢电源，其特征在于，包括：单相并网接入电路(10)、前级模块化多电平换流器(11)、中频变压器(12)、后级全桥变换器(13)；所述的单相并网接入电路(10)由母线电容C1、母线电容C2、交流电网电源VA、母线电感LA、电抗器LX、电抗器LY构成；所述的前级模块化多电平换流器(11)由两个桥臂构成，第一桥臂是由依次串联的第一换流模块(111)、电感L1、电感L2、第二换流模块(112)构成的，电感L1与电感L2的串联公共点作为第一桥臂的中点；第二桥臂是由依次串联的第三换流模块(113)、第四换流模块(114)、电感L3、电感L4构成的，电感L3与电感L4的串联公共点作为第二桥臂的中点；第一换流模块(111)的非串联端与第三换流模块(113)的非串联端连接在一起作为前级模块化多电平换流器(11)的一个输出入端，第二换流模块(112)的非串联端与第四换流模块(114)的非串联端连接在一起作为前级模块化多电平换流器(11)的另一个输出入端；
2.根据权利要求1所述的交流并网型两级变换式制氢电源，其特征在于，每个换流模块均由多个半桥变换器串联的而
3.根据权利要求2所述的交流并网型两级变换式制氢电源，其特征在于，电源的工作原理如下：交流电网电源VA通过单相并网接入电路(10)给前级模块化多电平换流器(11)供电，前级模块化多电平换流器(11)将工频的交流电网电源VA转换为中频的交流电，再通过中频变压器(12)传送给后级全桥变换器(13)，后级全桥变换器(13)将交流电转换为直流电给制氢电解槽供电。
4.一种应用于权利要求1至3任一项所述的交流并网型两级变换式制氢电源的控制方法，其特征在于，包括：前级模块化多电平换流器桥臂平均电压及输入电流控制、前级模块化多电平换流器桥臂的上下换流模块的电压差控制、后级全桥变换器的输出直流侧电压控制；
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述的第一PI控制器的控制策略为：
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述的第二PI控制器的控制策略为：
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述的第三PI控制器的控制策略为：
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述的第四PI控制器的控制策略为：
...【技术特征摘要】
1.一种交流并网型两级变换式制氢电源，其特征在于，包括：单相并网接入电路(10)、前级模块化多电平换流器(11)、中频变压器(12)、后级全桥变换器(13)；所述的单相并网接入电路(10)由母线电容c1、母线电容c2、交流电网电源va、母线电感la、电抗器lx、电抗器ly构成；所述的前级模块化多电平换流器(11)由两个桥臂构成，第一桥臂是由依次串联的第一换流模块(111)、电感l1、电感l2、第二换流模块(112)构成的，电感l1与电感l2的串联公共点作为第一桥臂的中点；第二桥臂是由依次串联的第三换流模块(113)、第四换流模块(114)、电感l3、电感l4构成的，电感l3与电感l4的串联公共点作为第二桥臂的中点；第一换流模块(111)的非串联端与第三换流模块(113)的非串联端连接在一起作为前级模块化多电平换流器(11)的一个输出入端，第二换流模块(112)的非串联端与第四换流模块(114)的非串联端连接在一起作为前级模块化多电平换流器(11)的另一个输出入端；
2.根据权利要求1所述的交流并网型两级变换式制氢电源，其特征在于，每个换流模块均由多个半桥变换器串联的而成，半桥变换器工作在四个不同的状态，具体如下：当半桥变换器的电流im为正时，控制半桥模块中开关s1关断，对应的开关s2导通，该半桥模块电压为0；当半桥变换器的电流im为正时，控制半桥模块中开关s1导通，对应的开关s2关断，该...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈任峰，谭伟，刘满君，桂吉祥，李子缘，张杰，
申请(专利权)人：安徽佑赛科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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