[發明專利]零回流功率的雙有源橋調制方法及變換器

有效

• 申請號: 202011037640.1
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112217395B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 顏旭輝
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司常州供電分公司;國網江蘇省電力有限公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產權代理有限公司 32214
• 代理人: 趙文平

本發明提供一種零回流功率的雙有源橋調制方法，雙有源橋包括通過高頻變壓器連接的直流側橋式結構和交流側橋式結構，直流側橋式結構和交流側橋式結構分別具有總數為偶數的多個開關，方法實施時，所述直流側橋式結構的多個開關的開啟時間具有設定時間差，交流側橋式結構在輸出電壓的正、負半周期內分別有一半開關處于關斷狀態同時另一半開關處于開啟狀態。與現有技術相比，本發明利用斷續電流模式，完全消除回流功率；可以在所有開關實現軟開關，既減小了開關損耗，又減小了導通損耗，可有效提高功率傳遞效率。

技術領域

本發明涉及功率變換技術領域，尤其是涉及一種零回流功率的雙有源橋調制方法及變換器。

背景技術

隨著新能源發電、分布式發電、智能電網等技術的發展，直流-交流的功率變換應用場景越來越多，目前最常用的是直流-交流功率變換設備。由于交流側的電壓極性會發生變化，普通的直流-直流功率變換器會發生反向短路，無法直接應用于交流系統。對于專門為直流-交流變換設計的功率變換器，由于交流側的瞬時功率變化很大，以往的調制方法通常利用回流功率來調整功率傳輸。然而，這會產生較高的導通損耗，降低了功率傳遞的效率。另外，很多調制方法使用了硬開關技術，這會導致較高的開關損耗，同樣降低了功率傳遞效率。

現有的一種直流-交流半橋功率變換器拓撲結構如圖1所示。直流側使用一個電容CIN穩壓，并連接一個全橋結構，全橋的輸出電壓連接到高頻變壓器T1的輸入端口。高頻變壓器T1的匝數比為n₁:n₂，漏感為L。高頻變壓器T1的輸出端口通過半橋，最終連接到交流側。交流側通過兩個串聯的電容COUT1和COUT2穩壓。對于上述拓撲結構，傳統的調制方式是單移相調制。這種方法通過改變全橋和半橋開關信號的相位差，來調整傳輸的功率。單移相調制一個開關周期內的信號及電流電壓波形如圖2所示。在一個周期內每個開關受開關信號控制，可以使全橋和半橋的輸出電壓u₁、u₂極性發生變化。直流側的全橋可以輸出電壓u₁＝U₁或者u₁＝-U₁，交流側的半橋可以輸出電壓u₂＝U₂/2或者u₂＝-U₂/2。不同的開關信號組合可以在變壓器漏感L上產生不同的電壓，從而改變L上通過的電流。

現有的一種直流-交流全橋功率變換器拓撲結構如圖3所示。與上述的半橋功率變換器類似，將交流側的半橋換為全橋結構。直流側使用一個電容穩壓，并連接一個全橋結構，全橋的輸出電壓連接到高頻變壓器的輸入端口。高頻變壓器T1的匝數比為n₁:n₂，漏感為L。高頻變壓器T1的輸出端口通過全橋連接到交流側。交流側通過1個電容COUT穩壓。在直流-交流全橋功率變換器中使用單移相控制，開關信號和波形如圖4所示。和半橋結構相比，全橋結構有更多的開關，因此需要更多的控制信號。直流側的全橋可以輸出電壓u1＝0、u₁＝U_in或者u₁＝-U_in，交流側的全橋可以輸出電壓u₂＝U₂或者u₂＝-U₂。在不同的開關信號組合下，可以在變壓器漏感L上產生不同的電壓，從而改變通過L的電流。

上述單移相調制在運行過程中會產生回流功率。如圖2和圖4所示，在開關周期的初始處，直流側的電壓為正，但是電流為負，功率從交流側流向直流側，與整體的功率流動方向相反。回流電流在低功率的工作條件下尤為明顯。直流-交流變換運行過程中，瞬時功率不斷變化，在交流過零點附近會有較長時間處于低功率狀態，因此單移相調制的綜合功率傳輸效率較低。

發明內容

本發明的目的是：針對現有技術存在的缺陷，提供一種零回流功率的雙有源橋調制方法和采用該方法的變換器，以提高現有同類功率變換器的功率傳遞效率。