[發(fā)明專利]單相雙極性AC-AC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其調(diào)制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810926104.3
• 申請(qǐng)日: 2018-08-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108923663B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉闖;蔡國(guó)偉;郭東波;單任仲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M5/293
• 分類號(hào): H02M5/293;H02M1/12
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 涂秀清

本發(fā)明公開(kāi)的單相雙極性AC?AC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括單相系統(tǒng)交流電源、功率變換單元、LC低通濾波器、負(fù)載部分和信號(hào)控制單元；單相系統(tǒng)交流電源的輸出端與功率變換單元的輸入端連接，功率變換單元包括正極性橋臂和負(fù)極性橋臂，正極性橋臂的輸出端A和負(fù)極性橋臂的輸出端B連接LC低通濾波器的輸入端，LC低通濾波器的輸出端連接負(fù)載部分。本發(fā)明公開(kāi)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)解決了現(xiàn)有AC?AC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中存在換流問(wèn)題，以及只能輸出單極性電壓或者輸出雙極性電壓范圍窄的問(wèn)題，采用PWM調(diào)制策略，使得在每個(gè)變換周期內(nèi)僅有2個(gè)開(kāi)關(guān)管在做開(kāi)關(guān)動(dòng)作，有效降低了總的開(kāi)關(guān)損耗，提高了變換器的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電能變換技術(shù)領(lǐng)域，涉及單相雙極性AC-AC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其調(diào)制方法。

背景技術(shù)

高比例可再生能源并網(wǎng)容量的不斷增加，增大了電網(wǎng)電壓越限的風(fēng)險(xiǎn)，可再生能源固有的間歇性、波動(dòng)性加劇了電網(wǎng)電壓出現(xiàn)低電壓和過(guò)電壓的問(wèn)題。然而，一方面隨著負(fù)荷多樣性的增加，部分負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)電壓的要求精度較高，電壓的波動(dòng)將給這一類敏感負(fù)荷帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失；另一方面，電壓的波動(dòng)也限制了電網(wǎng)消納可再生能源的能力。為了解決電網(wǎng)電壓的波動(dòng)問(wèn)題，滿足負(fù)荷端對(duì)電壓的要求，需要增加一種能夠?qū)崿F(xiàn)電壓調(diào)節(jié)的設(shè)備。

目前，獲得工頻交流電壓的途徑主要有以下幾種：(1)在傳統(tǒng)工頻變壓器原邊或者副邊增加分接頭開(kāi)關(guān)獲得交流電壓，這種方法獲得交流電壓的速度慢，不能與電壓波動(dòng)的時(shí)間尺度相匹配，同時(shí)獲得的交流電壓是階躍性的不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)控；(2)通過(guò)AC-DC-AC或者DC-AC結(jié)構(gòu)的電力電子裝置獲得工頻交流電壓，雖然AC-DC-AC或者DC-AC類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)的獲得工頻交流電壓，但是AC-DC-AC類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩級(jí)功率變換，變換效率低，直流環(huán)節(jié)的存在增大了裝置的體積；DC-AC類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)輸出交流電壓的能力依賴于外部?jī)?chǔ)能元件的容量，因此該類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的裝置不能做到長(zhǎng)時(shí)、深度的輸出交流電壓；(3)通過(guò)直接AC-AC類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電力電子裝置獲得工頻交流電壓，該類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制都比較簡(jiǎn)單，并且無(wú)直流環(huán)節(jié)，單級(jí)功率變換，變換效率高，輸出交流電壓的能力不受外部?jī)?chǔ)能元件的限制，同時(shí)輸出交流電壓連續(xù)、響應(yīng)速度快，該類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)、平滑的電壓調(diào)節(jié)。然而，傳統(tǒng)AC-AC變換器都不可避免的存在著換流問(wèn)題，為了解決變換器的換流問(wèn)題通常采用有損耗的緩沖電路或者特殊的軟換流策略，前者會(huì)降低變換器的變換效率，后者在輸入電壓有畸變時(shí)也不能實(shí)現(xiàn)安全換流。并且，傳統(tǒng)AC-AC變換器不能實(shí)現(xiàn)雙極性電壓的輸出，限制了變換器只能用于單極性調(diào)壓。

為了實(shí)現(xiàn)變換器雙極性電壓的輸出，國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者提出了一些改進(jìn)：金楠課題組(基于直接AC/AC變換的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器研究.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，30(11):71-77.)在工頻變壓器原邊增加雙向晶閘管來(lái)改變輸出電壓的極性，但是這種方案增大了開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)輸出電壓極性反轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢；還有學(xué)者提出Z有源變換器，但是這種方案需要有損耗的緩沖電路或者換流策略來(lái)解決換流問(wèn)題；文獻(xiàn)(IEEE Transactions on PowerElectronics,2018,PP(99):1-1.)采用開(kāi)關(guān)管單元結(jié)構(gòu)解決了變換器的換流問(wèn)題，同時(shí)能夠輸出雙極性電壓，但是輸入輸出端不共地，同時(shí)采用了較多的無(wú)源元件，不利于大功率場(chǎng)合的應(yīng)用；文獻(xiàn)(IEEE Transactions on Industrial Electronics,2017,PP(99):1-1.)采用雙向開(kāi)關(guān)管的變換器實(shí)現(xiàn)雙極性電壓輸出的同時(shí)又引入了換流問(wèn)題；文獻(xiàn)(IEEETransactions on Industry Applications,2016,52(6):4878-4887.)采用高頻變壓器的結(jié)構(gòu)也實(shí)現(xiàn)了雙極性電壓的輸出，但是輸出電壓最大僅為輸入電壓的一半，輸出電壓范圍窄，限制了其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種單相雙極性AC-AC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其調(diào)制方法，解決了現(xiàn)有AC-AC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中存在換流問(wèn)題，以及只能輸出單極性電壓或者輸出雙極性電壓范圍窄的問(wèn)題。