[發(fā)明專利]一種雙向多電平升降壓變換器及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310695247.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN103746557B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐林;耿攀;楊文鐵;姚川;徐正喜;陳濤;魏華;楊勇;余定峰;左超;孫瑜;羅偉;吳浩偉;謝煒;姜波;邢賀鵬;李小謙;孫朝暉;李可維;吳大立;潘德華;汪曉峰;蔡凱;黃超;周樑;余躍聽;雷津;袁陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所
• 主分類號(hào): H02M3/156
• 分類號(hào): H02M3/156
• 代理公司: 北京律譜知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11457
• 代理人: 王慶海

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于高壓大功率場(chǎng)合的雙向多電平升降壓變換器及其控制方法。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電能變換裝置的要求越來(lái)越高，其中變換器的高效率、高功率密度一直是電力電子技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。在高壓大功率應(yīng)用場(chǎng)合，受限于開關(guān)器件承受的高電壓應(yīng)力，開關(guān)頻率難以提高，導(dǎo)致系統(tǒng)體積大、效率低。如何保證在高壓大功率場(chǎng)合下實(shí)現(xiàn)電能變換裝置的高效率、高功率密度就顯得至關(guān)重要。

目前很多應(yīng)用場(chǎng)合，如艦船綜合電力系統(tǒng)、新能源發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電站、大容量UPS供電系統(tǒng)、城市軌道交通、高速鐵路電氣等，都需要電力電子變換器具備能量雙向流動(dòng)，并且同時(shí)具備升壓和降壓功能。因此，有必要研究高壓大功率場(chǎng)合下，電力電子變換器雙向升降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法。

目前較為成熟的雙向升降壓變換器包括雙向兩電平變換器和雙向三電平變換器。目前得到應(yīng)用的雙向兩電平升降壓直流變換器中，雙向Buck-Boost變換器的開關(guān)管電壓應(yīng)力為輸入電壓或輸出電壓，但在任意一個(gè)能量流動(dòng)方向上不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)升壓和降壓變換；雙向Cuk變換器和雙向Sepic-Zeta能在兩個(gè)方向上同時(shí)實(shí)現(xiàn)升壓和降壓變換，但是開關(guān)管的電壓應(yīng)力高，不適合高壓應(yīng)用場(chǎng)合；四開關(guān)Buck-Boost變換器變換器輸入與輸出同極性，開關(guān)管電壓應(yīng)力為輸入電壓或輸出電壓，能在兩個(gè)方向上同時(shí)實(shí)現(xiàn)升壓和降壓變換，并且能在寬輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率電能變換。上述幾種變換器各有優(yōu)劣，但是開關(guān)器件承受的電壓應(yīng)力仍然較高。例如艦船綜合電力系統(tǒng)中，為滿足全電力推進(jìn)，直流母線電壓高達(dá)3000V～6000V，高速鐵路電氣中直流母線電壓為DC2160V～2600V，城市軌道交通的電源電壓通常采用DC750V或DC1500V，在這些應(yīng)用場(chǎng)合，即使是采用四開關(guān)Buck-Boost變換器，開關(guān)器件承受的電壓應(yīng)力還是很高，仍然限制了開關(guān)器件的選擇和頻率的提升。

三電平直流變換器具有開關(guān)管電壓應(yīng)力低，輸入和輸出濾波器體積小等優(yōu)點(diǎn)，適用于高輸入或輸出電壓的功率變換場(chǎng)合。具有雙向升降壓功能的三電平直流變換器，并且得到應(yīng)用的主要有：雙向三電平Buck變換器和雙向三電平Boost變換器。雙向三電平Buck變換器的開關(guān)管電壓應(yīng)力為輸入電壓的一半，雙向三電平Boost變換器的開關(guān)管電壓應(yīng)力為輸出電壓的一半，這兩種拓?fù)浜苓m合高壓場(chǎng)合，但是雙向三電平Buck變換器和雙向三電平Boost變換器只能在一個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)升壓或降壓的變換。

此外，具有雙向升降壓功能的變換拓?fù)溥€有帶高頻隔離變壓器的DC/DC變換器，主要包括雙向正激變換器、雙向反激變換器、雙端有源橋變換器等。其中雙向正激變換器、雙向反激變換器主要應(yīng)用在中小功率場(chǎng)合，而雙端有源橋變換器主要適用于中等功率場(chǎng)合，如果需要在大功率場(chǎng)合應(yīng)用，需要多個(gè)變換器并聯(lián)工作，工程實(shí)現(xiàn)困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)高壓大功率，并且需要能量雙向流動(dòng)的場(chǎng)合，提出適用的雙向多電平變換器及相應(yīng)的控制方法。

本發(fā)明具體的技術(shù)方案為一種雙向多電平升降壓變換器，其特征在于包括雙向三電平單元A、雙向三電平單元B、電感L_b及控制系統(tǒng)，雙向三電平單元A包括開關(guān)管T₁、開關(guān)管T₂、開關(guān)管T₃、開關(guān)管T₄及分壓電容C_b1、C_b2；雙向三電平單元B包括開關(guān)管T₅、開關(guān)管T₆、開關(guān)管T₇、開關(guān)管T₈及分壓電容C_b3、C_b4，