一種混合型直流變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種混合型直流變換器，由高頻諧振變換器和雙主動(dòng)橋型變換器并聯(lián)構(gòu)成，高頻諧振變換器和雙主動(dòng)橋型變換器首尾順次相連，所述高頻諧振變換器包括全橋逆變器A、高頻變壓器和無(wú)控整流橋；所述全橋逆變器A和無(wú)控整流橋分別接在高頻變壓器首尾兩端；所述雙主動(dòng)橋型直流變換器包括全橋逆變器B及中頻變壓器和全控整流橋；所述全橋逆變器B和全控整流橋分別接在中頻變壓器首尾兩端。本發(fā)明結(jié)合了高頻諧振變換器與雙主動(dòng)橋型直流變換器的優(yōu)點(diǎn)，考慮高頻諧振電容的電流能力，高頻諧振變換器僅承擔(dān)箝位端電壓的作用，大功率電能傳輸完全依賴于雙主動(dòng)橋型直流變換器，保證了端電壓的穩(wěn)定和功率傳輸能力，變換器整體采用閉環(huán)PI控制策略。
【專利說(shuō)明】
一種混合型直流變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種直流變換器，具體涉及一種混合型直流變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)發(fā)展速度的日益加快，人類對(duì)能源的需求不斷提高，化石能源的日益枯竭與社會(huì)發(fā)展對(duì)能源的高需求之間的矛盾，迫使人們?cè)絹?lái)越關(guān)注可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用。利用分散的風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等等可再生能源，因地制宜發(fā)展分布式發(fā)電(Distributed Generat1n,DG),是實(shí)現(xiàn)“清潔代替”和“電能代替”的重要途徑。同時(shí)中國(guó)光伏發(fā)電容量也將達(dá)到4GW。但受限于電力系統(tǒng)消納能力，大部分可再生能源未得到有效利用，甚至出現(xiàn)“棄風(fēng)”、“棄光”現(xiàn)象;另一方面風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性特點(diǎn)，屬于間歇式電源。隨著各種大規(guī)模可再生能源接入電網(wǎng)，傳統(tǒng)的電力裝備、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行技術(shù)等在接納超大規(guī)?？稍偕茉捶矫嬖絹?lái)越力不從心，為此必須采用新技術(shù)、新裝備和新電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)滿足未來(lái)能源格局的深刻變化。
[0003 ]直流電能換技術(shù)能夠?qū)⑿履茉窗l(fā)電生產(chǎn)的電能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的高頻電能，從而并入交直流混合式的新型電網(wǎng)。是解決分布式發(fā)電間歇性、隨機(jī)性問(wèn)題的良好方案。隨著新能源發(fā)電在我國(guó)的不斷興起，適用于高頻大功率場(chǎng)合的直流變換器也越來(lái)越受到人們的重視，近年來(lái)發(fā)展速度十分迅速。
[0004]現(xiàn)有的高頻直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有移向全橋變換器，LLC型高頻諧振變換器以及DAB型直流變換器。針對(duì)以上三種變換器，各國(guó)學(xué)者已進(jìn)行了大量的研究，然而這三種直流變換器拓?fù)涠加懈髯缘娜毕荨Ｒ葡嗳珮蜃儞Q器的軟開(kāi)關(guān)(Soft-switching)特性較差，很難保證變換器整體的高效性。LLC型諧振變換器可保證全負(fù)載范圍內(nèi)的軟開(kāi)關(guān)特性，并具有恒壓調(diào)節(jié)能力，但在高頻情況下，功率傳輸受到諧振電容電流能力的限制。而DAB型變換器的功率傳輸依賴于穩(wěn)定的端電壓，因此，此類變換器的控制環(huán)節(jié)往往十分復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種混合型直流變換器，由高頻諧振變換電路箝位兩端電壓，并依靠雙主動(dòng)橋型直流變換器承擔(dān)大功率傳輸，在保證功率傳遞能力的同時(shí)，簡(jiǎn)化了控制策略，又提高了變換器的整體性能，采用高頻諧振變換器與雙主動(dòng)橋型直流變換器相并聯(lián)的混合式結(jié)構(gòu)。其中，高頻諧振變換器并不承擔(dān)大功率電能傳輸，只起到箝位兩端電壓的作用，保證變換器整體端電壓的恒定。在此前提下，通過(guò)改變雙主動(dòng)橋型變換器前后橋臂對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)管的移向角度，調(diào)節(jié)整體變換裝置的功率傳輸能力。高頻諧振變換器可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)工作模式，因此采用高頻變壓器進(jìn)行電氣隔離，在保證效率的同時(shí)，也提高了變換器的功率密度。雙主動(dòng)橋型直流變換器在大功率條件下僅能實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通的工作模式(ZVS)。因此，采用中頻變壓器作為隔離環(huán)節(jié)，使得大功率電能傳輸時(shí)的損耗較低。兩臺(tái)變換器之間采用一個(gè)簡(jiǎn)單的PI控制環(huán)作為聯(lián)系，給高頻諧振變換器的輸出電流設(shè)定一個(gè)額定的參考值irrf，并對(duì)其進(jìn)行采樣。當(dāng)高頻諧振變換器的輸出電流i。超過(guò)參考值時(shí)，將該信號(hào)Ai反饋給中央控制系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)雙主動(dòng)橋型變換器的開(kāi)關(guān)管信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以增大雙主動(dòng)橋型變換器前后橋臂對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)管的移向角度Φ，將高頻諧振變換器的輸出電流控制在參考值，從而實(shí)現(xiàn)高頻諧振變換器功率傳遞的恒定。變換器的輸入/輸出電壓等級(jí)為760V?760V，廣泛適用于目前分布式發(fā)電的直流電能傳輸應(yīng)用場(chǎng)合。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0007]—種混合型直流變換器，由高頻諧振變換器和雙主動(dòng)橋型變換器并聯(lián)構(gòu)成，高頻諧振變換器和雙主動(dòng)橋型變換器首位順次相連，所述高頻諧振變換器包括全橋逆變器A、高頻變壓器和無(wú)控整流橋;所述全橋逆變器A和無(wú)控整流橋分別接在高頻變壓器首尾兩端;所述雙主動(dòng)橋型直流變換器包括全橋逆變器B及中頻變壓器和全控整流橋;所述全橋逆變器B和全控整流橋分別接在中頻變壓器首尾兩端。
[0008]其中，所述全橋逆變器A由一個(gè)足夠大的輸入穩(wěn)壓電容Cini和四個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)管Sn、
S12、S13、S14構(gòu)成;所述Sn和Si2串聯(lián)后，再與Si3和Si4串聯(lián)后的橋臂并聯(lián);Sn直接與尚頻變壓器連接。
[0009]其中，所述的高頻變壓器由一個(gè)諧振電容Cr，一個(gè)諧振電感Lr，一次側(cè)勵(lì)磁電感1^以及一個(gè)理想變壓器組成;諧振電容與諧振電感串聯(lián)，勵(lì)磁電感并聯(lián)在理想變壓器一次側(cè)，從理想變壓器二次側(cè)兩端引出輸出端;高頻變壓器4前端與全橋逆變器A相連，后端與無(wú)控整流橋相連構(gòu)成高頻諧振變換器。
[0010]其中，所述無(wú)控整流橋包括由二極管Dn、D12串聯(lián)構(gòu)成的前橋臂和由二極管013、014串聯(lián)構(gòu)成的后橋臂，前橋臂和后橋臂并聯(lián)，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)引出線與高頻變壓器二次側(cè)輸出相連;所述無(wú)控整流橋后端與輸出濾波電容Cciutl相連。
[0011]其中，所述全橋逆變器B包括由IGBT開(kāi)關(guān)管S21與S22串聯(lián)構(gòu)成的第一橋臂和由IGBT開(kāi)關(guān)管S23和S24串聯(lián)構(gòu)成的第二橋臂;第一橋臂和第二橋臂并聯(lián)，所述第一橋臂和第二橋臂的中點(diǎn)與中頻變壓器的一次側(cè)連接。
[0012]其中，所述的中頻變壓器為實(shí)際設(shè)備的等效結(jié)構(gòu)，由勵(lì)磁電感1^與其后理想變壓器并聯(lián)然后再與一次側(cè)漏電感L串聯(lián)組成。
[0013]其中，所述的全控整流橋包括由IGBT開(kāi)關(guān)管S25與S26串聯(lián)構(gòu)成的第三橋臂，由IGBT開(kāi)關(guān)管S27和S28串聯(lián)構(gòu)成的第四橋臂;第三橋臂和第四橋臂并聯(lián)，第三橋臂和第四橋臂的中點(diǎn)與高頻變壓器二次側(cè)的兩個(gè)引出線分別相連，所述全橋逆變器的兩個(gè)橋臂中點(diǎn)與中頻變壓器的二次側(cè)連接;后端與輸出濾波電容Cciut2相連。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]本發(fā)明提供的混合型高頻直流變換器能夠在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高頻諧振變換器中逆變器主動(dòng)式開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通ZVS，后端整流橋二極管的零電流關(guān)斷ZCS，可以大大降低開(kāi)關(guān)損耗；
[0016]本發(fā)明提供的混合型高頻直流變換器，由于采用了高頻諧振變換器I與雙主動(dòng)橋型直流變換器相并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保證了變換器整體兩端電壓的恒定和傳輸功率的穩(wěn)定；
[0017]本發(fā)明提供的混合型高頻直流變換器采用的PI閉環(huán)控制策略，能夠保證變換器內(nèi)部功率的理想分配。即，高頻諧振變換器傳輸功率恒定不變，剩余部分功率傳輸由雙主動(dòng)橋型直流變換器承擔(dān)；
[0018]本發(fā)明提供的混合型高頻直流變換器中的高頻諧振變換器采用較高的開(kāi)關(guān)頻率，使得功率傳遞效率更高，可有效地減小變換器的體積，提高了功率密度；
[0019]本發(fā)明提供的混合型高頻直流變換器中的雙主動(dòng)橋型直流變換器端電壓可由高頻諧振變換器箝位，在保證功率穩(wěn)定傳遞的同時(shí)也簡(jiǎn)化了控制策略。
[0020]本發(fā)明提供的混合型高頻直流變換器同時(shí)具備了高頻諧振變換器和雙主動(dòng)橋型直流變換器的優(yōu)點(diǎn)，效率和可靠性都有了一定的提升。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一種混合型直流變換器的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種混合型高頻直流變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一種混合型高頻直流變換器的控制策略框圖。
[0024]圖4是本發(fā)明實(shí)施例一種混合型高頻直流變換器的高頻諧振變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖5是本發(fā)明實(shí)施例混合型高頻直流變換器的雙主動(dòng)橋型直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]如圖1-5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種混合型直流變換器，由高頻諧振變換器I和雙主動(dòng)橋型變換器2并聯(lián)構(gòu)成，高頻諧振變換器I和雙主動(dòng)橋型變換器2首位順次相連。其中，高頻諧振變換器I的主要作用為箝位整體變換器端電壓;雙主動(dòng)橋型直流變換器2主要作用為承擔(dān)大功率電能傳輸。所述高頻諧振變換器I包括全橋逆變器A3、高頻變壓器4和無(wú)控整流橋5;所述全橋逆變器A3和無(wú)控整流橋5分別接在高頻變壓器4首尾兩端;所述雙主動(dòng)橋型直流變換器2包括全橋逆變器B6及中頻變壓器7和全控整流橋8;所述全橋逆變器B6和全控整流橋8分別接在中頻變壓器7首尾兩端。
[0028]如圖3所示，對(duì)高頻諧振變換器I的輸出電流i。采樣，將采樣值與參考值iref做差后得到的Ai輸入PI控制器中。產(chǎn)生雙主動(dòng)橋型直流變換器2前后橋臂對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)管的移向角Φ，及時(shí)該變換器傳輸功率的大小。從而保證高頻諧振變換器I傳輸功率的恒定。
[0029]所述全橋逆變器A3由一個(gè)足夠大的輸入穩(wěn)壓電容Cini和四個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)管Sn、Si2、
S13、S14構(gòu)成;所述Sn和S12串聯(lián)后，再與S13和S14串聯(lián)后的橋臂并聯(lián);Sn直接與高頻變壓器4連接。
[0030]所述的高頻變壓器4由一個(gè)諧振電容Cr，一個(gè)諧振電感Lr，一次側(cè)勵(lì)磁電感1^以及一個(gè)理想變壓器組成;諧振電容與諧振電感串聯(lián)，勵(lì)磁電感并聯(lián)在理想變壓器一次側(cè)，從理想變壓器二次側(cè)兩端引出輸出端;高頻變壓器4前端與全橋逆變器A3相連，后端與無(wú)控整流橋5相連構(gòu)成高頻諧振變換器I。
[0031]所述無(wú)控整流橋5包括由二極管Dn、D12串聯(lián)構(gòu)成的前橋臂和由二極管013、014串聯(lián)構(gòu)成的后橋臂，前橋臂和后橋臂并聯(lián)，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)引出線與高頻變壓器二次側(cè)輸出相連;所述無(wú)控整流橋5后端與輸出濾波電容Cciutl相連。
[0032]所述全橋逆變器B6包括由IGBT開(kāi)關(guān)管S21與S22串聯(lián)構(gòu)成的第一橋臂和由IGBT開(kāi)關(guān)管S23和S24串聯(lián)構(gòu)成的第二橋臂;第一橋臂和第二橋臂并聯(lián)，所述第一橋臂和第二橋臂的中點(diǎn)與中頻變壓器7的一次側(cè)連接。
[0033]所述的中頻變壓器7為實(shí)際設(shè)備的等效結(jié)構(gòu)，由勵(lì)磁電感Lm與其后理想變壓器并聯(lián)然后再與一次側(cè)漏電感L串聯(lián)組成。
[0034]所述的全控整流橋8包括由IGBT開(kāi)關(guān)管S25與S26串聯(lián)構(gòu)成的第三橋臂，由IGBT開(kāi)關(guān)管S27和S28串聯(lián)構(gòu)成的第四橋臂;第三橋臂和第四橋臂并聯(lián)，第三橋臂和第四橋臂的中點(diǎn)與高頻變壓器二次側(cè)的兩個(gè)引出線分別相連，所述全控整流橋8的兩個(gè)橋臂中點(diǎn)與中頻變壓器7的二次側(cè)連接;后端與輸出濾波電容Cciut2相連。
[0035]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種混合型直流變換器，其特征在于，由高頻諧振變換器(I)和雙主動(dòng)橋型變換器(2)并聯(lián)構(gòu)成，高頻諧振變換器(I)和雙主動(dòng)橋型變換器(2)首位順次相連，所述高頻諧振變換器(I)包括全橋逆變器A(3)、高頻變壓器(4)和無(wú)控整流橋(5);所述全橋逆變器A(3)和無(wú)控整流橋(5)分別接在高頻變壓器(4)首尾兩端;所述雙主動(dòng)橋型直流變換器(2)包括全橋逆變器B (6)及中頻變壓器(7)和全控整流橋(8);所述全橋逆變器B (6)和全控整流橋(8)分別接在中頻變壓器(7)首尾兩端。2.如權(quán)利要求1所述的混合型直流變換器，其特征在于，所述全橋逆變器A(3)由一個(gè)足夠大的輸入穩(wěn)壓電容Cini和四個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)管Sn、S12、S13、S14構(gòu)成;所述Sn和Si2串聯(lián)后，再與S13和S14串聯(lián)后的橋臂并聯(lián);Sn直接與高頻變壓器⑷連接。3.如權(quán)利要求1所述的混合型直流變換器，其特征在于，所述的高頻變壓器(4)由一個(gè)諧振電容Cr，一個(gè)諧振電感Lr，一次側(cè)勵(lì)磁電感1^以及一個(gè)理想變壓器組成；諧振電容與諧振電感串聯(lián)，勵(lì)磁電感并聯(lián)在理想變壓器一次側(cè)，從理想變壓器二次側(cè)兩端引出輸出端;高頻變壓器(4)前端與全橋逆變器A(3)相連，后端與無(wú)控整流橋(5)相連構(gòu)成高頻諧振變換器(I)。4.如權(quán)利要求1所述的混合型直流變換器，其特征在于，所述無(wú)控整流橋(5)包括由二極管Dn、D12串聯(lián)構(gòu)成的前橋臂和由二極管013、014串聯(lián)構(gòu)成的后橋臂，前橋臂和后橋臂并聯(lián)，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)引出線與高頻變壓器二次側(cè)輸出相連;所述無(wú)控整流橋(5)后端與輸出濾波電容Cciutl相連。5.如權(quán)利要求1所述的混合型直流變換器，其特征在于，所述全橋逆變器B(6)包括由IGBT開(kāi)關(guān)管S21與S22串聯(lián)構(gòu)成的第一橋臂和由IGBT開(kāi)關(guān)管S23和S24串聯(lián)構(gòu)成的第二橋臂;第一橋臂和第二橋臂并聯(lián)，所述第一橋臂和第二橋臂的中點(diǎn)與中頻變壓器(7)的一次側(cè)連接。6.如權(quán)利要求1所述的混合型直流變換器，其特征在于，所述的中頻變壓器(7)為實(shí)際設(shè)備的等效結(jié)構(gòu)，由勵(lì)磁電感Lm與其后理想變壓器并聯(lián)然后再與一次側(cè)漏電感L串聯(lián)組成。7.如權(quán)利要求1所述的混合型直流變換器，其特征在于，所述的全控整流橋(8)包括由IGBT開(kāi)關(guān)管S25與S26串聯(lián)構(gòu)成的第三橋臂，由IGBT開(kāi)關(guān)管S27和S28串聯(lián)構(gòu)成的第四橋臂；第三橋臂和第四橋臂并聯(lián)，第三橋臂和第四橋臂的中點(diǎn)與高頻變壓器二次側(cè)的兩個(gè)引出線分別相連，所述全控整流橋(8)的兩個(gè)橋臂中點(diǎn)與中頻變壓器(7)的二次側(cè)連接;后端與輸出濾波電容Cout2相連。
【文檔編號(hào)】H02M3/335GK106059305SQ201610368789
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】劉闖, 蔡國(guó)偉, 姚航
【申請(qǐng)人】東北電力大學(xué)