[發明專利]一種三電平雙向直流變換器及其脈沖寬度控制方法

有效

• 申請號: 201110365820.7
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN102510215A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 張云
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發明涉及電力電子功率變換技術領域，涉及直流電源變換系統中的功率變換裝置，特別涉及一種三電平雙向直流變換器及其脈沖寬度控制方法。

背景技術

隨著對可再生能源的不斷開發利用，所產生的電能需要通過合理的方式進行傳輸或存儲，比如光伏發電和燃料電池發電技術中，電能產生端發出的直流電可以通過直流變換器，得到較為穩定的直流母線電壓，一方面可以通過逆變器將直流電轉換成交流電，為交流負載供電；另一方面，也可以直接或再次通過直流變換器為直流負載供電。為了將多余的能量進行存儲，以及在光照或燃料不足的情況下，儲能單元能為負載提供不足部分的能量，需要將存儲的能量釋放到直流母線端。要實現這個功能，目前最好的能量轉換方式是通過雙向直流變換器來完成。

對于存儲電能的蓄電池或超級電容來說，為了得到更高的容積效率，一般電壓等級比較低；對于傳輸電能的直流母線來說，為了提高電能傳輸效率，需要提高電壓等級。這樣，就會出現儲能端的電壓等級與直流母線端的電壓等級差異很大，即雙向變換器需要提供很大的電壓變換比，并且較高的直流母線電壓對功率開關的耐壓等級提出了更高的要求。所帶來的問題是，雙向直流變換器需要通過變壓器來解決電壓的大變換比問題，否則，直流變換器將出現極端占空比問題，功率開關難以響應極端窄的脈沖驅動信號。另外，功率開關耐壓等級的提高，意味著通態壓降和導通電阻的升高、功率開關的上限開關頻率下降。

發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在以下的缺點和不足：

傳統的兩電平雙向直流變換器在高壓變換場合存在功率開關電壓應力大、開關損耗大、濾波器體積大以及dv/dt高等突出問題，現有的三電平雙向直流變換器解決了上述問題，但是在特殊的大變換比場合，功率開關將難以響應極窄的脈沖驅動信號、功率開關極易出現極端占空比的問題。

發明內容

本發明提供了一種三電平雙向直流變換器及其脈沖寬度控制方法，該方案解決了具有傳統三電平雙向直流變換器特性的同時使得在大變換比的情況下功率開關響應極窄的脈沖驅動信號，避免了功率開關工作在極端占空比狀態，詳見下文描述：

一種三電平雙向直流變換器，所述三電平雙向直流變換器包括：低壓直流側濾波電容、高壓直流側第一濾波電容、高壓直流側第二濾波電容、第一續流二極管、第二續流二極管、第三續流二極管、第四續流二極管、第五續流二極管、第六續流二極管、第七續流二極管、第八續流二極管、第一箝位二極管、第二箝位二極管、第三箝位二極管、第四箝位二極管、第一可控功率開關、第二可控功率開關、第三可控功率開關、第四可控功率開關、第五可控功率開關、第六可控功率開關、第七可控功率開關、第八可控功率開關、高壓直流側母線電壓、低壓直流側母線電壓和儲能電感，