[發明專利]高可靠性的單相雙向DC?AC變換器及其控制方法

有效

• 申請號: 201610151705.2
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105634321B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 王武;盧德祥;念平;林瓊斌;蔡逢煌;柴琴琴
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797;H02M1/42;H02M1/44
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及電能變換中需同時實現逆變和整流功能的實用領域；對于直流微電網與交流配電網互動，需要高可靠性雙向變流器實現直流微電網母線電壓調節的運用領域；對于家庭插電式電動汽車作為移動式儲能設備，需要通過雙向充電器實現從電網交流電經過整流PFC變成直流電給電動車充電，同時在需要將電動汽車的電量反饋回電網時，對于實現蓄電池與電網互動領域需要將電動車的直流電逆變成交流電并入電網的使用領域；以及對于實現蓄電池與電網互動領域；具體涉及一種高可靠性的單相雙向DC-AC變換器。

背景技術

直流微電網通過DC-AC雙向變流器與低壓交流配電網相連，在直流微網內包含直流用電負載、新能源發電設備（風電、光電）和儲能設備等組成。直流微電網內大量分散的可再生能源發電單元和負荷等具有明顯的隨機波動性，這類波動功率尤其在短路時功率沖擊將可能對直流母線電壓造成沖擊，極易造成整個直流微電網系統的奔潰,故直流微電網的母線電壓控制成為首要問題。為此，研究具備高效率、高可靠性的雙向DC-AC變流器應用與直流母線電壓控制是直流微電網的首要環節。同時，雙向DC-AC變流器對于大規模電動汽車進行電網調峰填谷，改善電力負荷運用中，可實現電動汽車在電網低谷（電價較低）時充電，在電網峰值時放電，實現用電成本的節約。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高可靠性的單相雙向DC-AC變換器及其控制方法，能夠在同一個電路中實現逆變DC-AC變換和整流AC-DC變換；逆變時實現高效、高可靠性功能，整流時實現高效、高功率因數。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種高可靠性的單相雙向DC-AC變換器，包括直流電壓Vd，電網Vg，電容Cd，二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6，開關管S1、S2、S3、S4，電感L1、L2；直流電壓Vd的正極與電容Cd的一端、二極管D1的負極、二極管D2的負極、二極管D3的正極、二極管D4的正極連接，直流電壓Vd的負極與電容Cd的另一端、開關管S1的源極、二極管D5的正極、二極管D6的正極、開關管S2的源極連接，所述二極管D1的正極與開關管S1的漏極相連接，并經電感L1與二極管D5的負極、開關管S3的源極、電網Vg的正極連接，所述二極管D2的正極與開關管S2的漏極相連接，并經電感L2與二極管D6的負極、開關管S4的源極、電網Vg的負極連接，所述二極管D3的負極與開關管S3的漏極連接，所述二極管D4的負極與開關管S4的漏極連接，所述開關管S1、S2、S3、S4的柵極連接控制信號。

本發明還提供了一種基于上述所述高可靠性的單相雙向DC-AC變換器的控制方法，具體實現過程如下：

（1）逆變DC-AC模式：

并網電壓為正半周逆變時，

DC-AC工作模態1：開關管S1，S4斷開，二極管D1，D2，D4截止，開關管S2、S3導通，直流電壓Vd通過電網Vg與電感L2形成回路，由Vd向電感L2充能；

DC-AC工作模態2：開關管S1，S2，S4斷開，二極管D1，D4，D6截止，開關管S3導通，電感L2存成的能量經過二極管D2，D3和開關管S3與電網形成Buck續流回路，電感L2釋放能量；

并網電壓為負半周逆變時，

DC-AC工作模態3：開關管S1，S4導通，二極管D1，D2，D3截止，開關管S2、S3斷開，直流電壓Vd通過電網Vg與電感L1形成回路，由Vd向電感L1充能；

DC-AC工作模態4：開關管S1，S2，S3斷開，二極管D2，D3截止，開關管S4導通，電感L1存成的能量經過二極管D1，D4和開關管S4與電網形成Buck型續流回路，電感L1釋放能量；

（2）整流AC-DC模式：

AC-DC工作模態1：開關管S1閉合，開關管S2斷開，二極管D5截止，二極管D6導通，電網Vg通過開關管S1和二極管D6與電感L1形成儲能回路，由電網向電感L1充能；

AC-DC工作模態2：開關管S1斷開，開關管S2斷開，二極管D5截止，二極管D1，D6導通，電網Vg與電感L1共同向Vd充能，實現Boost型變換，電感L1釋放能量；

AC-DC工作模態3：開關管S1斷開，開關管S2閉合，二極管D5導通，二極管D6截止，電網Vg通過開關管S2和二極管D5與電感L2形成儲能回路，由電網向電感L2充能；

AC-DC工作模態4：開關管S1斷開，開關管S2斷開，二極管D5，D2導通，二極管D6截止，電網Vg與電感L2共同向Vd充能，實現Boost型變換，電感L2釋放能量。