[發明專利]一種高頻鏈互聯的CHB-SST拓撲及其控制方法

有效

• 申請號: 202110461433.7
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113078830B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 孫孝峰;潘禹卓;滕甲訓;楊晨;李昕;王寶誠
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/335
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

1.一種高頻鏈互聯的CHB-SST拓撲，其特征在于，包括：全橋與電容結構、全橋結構的高頻鏈路、全橋結構與高頻鏈路的四有源橋變換器結構和三相橋臂，所述全橋結構的高頻鏈路和全橋與電容結構組成隔離子模塊，所述全橋結構的高頻鏈路將所有隔離子模塊互聯在一起，所述全橋結構與高頻鏈路的四有源橋變換器結構輸出端并聯形成低壓直流母線，所述三相橋臂中每相橋臂包括n個隔離子模塊和橋臂電感L_a、L_b、L_c；

所述隔離子模塊，包括：第一功率開關管Q_i-1、第二功率開關管Q_i-2、第三功率開關管Q_i-3、第四功率開關管Q_i-4、第一電容C_i、第五功率開關管Q_i-5、第六功率開關管Q_i-6、第七功率開關管Q_i-7、第八功率開關管Q_i-8、所述第一功率開關管Q_i-1的漏極與第三功率開關管Q_i-3、第五功率開關管Q_i-5、及第七功率開關管Q_i-7的漏極相連；所述第二功率開關管Q_i-2的源極與第四功率開關管Q_i-4、第六功率開關管Q_i-6的源極及第八功率開關管Q_i-8的源極相連；所述第一功率開關管Q_i-1的源極與第二功率開關管Q_i-2的漏極相連；所述第三功率開關管Q_i-3的源極與第四功率開關管Q_i-4的漏極相連；所述第五功率開關管Q_i-5的源極與第六功率開關管Q_i-6的漏極相連；所述第七功率開關管Q_i-7的源極與第八功率開關管Q_i-8的漏極相連；所述第一電容C_i的一端與第三功率開關管Q_i-3的漏極連接，所述第一電容C_i的另一端與第四功率開關管Q_i-4的源極連接；

所述全橋結構與高頻鏈路的四有源橋變換器結構，包括：第五功率開關管Q_i-5、第六功率開關管Q_i-6、第七功率開關管Q_i-7、第八功率開關管Q_i-8、第九功率開關管Q_i-9、第十功率開關管Q_i-10、第十一功率開關管Q_i-11、第十二功率開關管Q_i-12、第二電容C_o、四繞組高頻變壓器T_i、所述四繞組高頻變壓器包含第一繞組N₁、第二繞組N₂、第三繞組N₃、第四繞組N₄；第一移相電感L；所述的第九功率開關管Q_i-9的漏極與第十一功率開關管Q_i-11的漏極相連；所述的第十功率開關管Q_i-10的源極與第十二功率開關管Q_i-12的源極相連；所述的第九功率開關管Q_i-9的源極與第十功率開關管Q_i-10的漏極相連；所述的第十一功率開關管Q_i-11的源極與第十二功率開關管Q_i-12的漏極相連；所述第二電容C_o的一端與第十一功率開關管Q_i-11的漏極連接，所述第二電容C_o的另一端與第十二功率開關管Q_i-12的源極連接；所述的第一繞組N₁、第二繞組N₂、第三繞組N₃的同名端分別與每相橋臂的第五功率開關管Q_i-5以及第六功率開關管Q_i-6所組成的橋臂中點相連，所述的第一繞組N₁、第二繞組N₂、第三繞組N₃的異名端分別與每相橋臂的第七功率開關管Q_i-7以及第八功率開關管Q_i-8所組成的橋臂中點相連；所述的第四繞組N₄的同名端與第一移相電感L的一端相連，所述的第四繞組N₄的異名端與第十一功率開關管Q_i-11以及第十二功率開關管Q_i-12所組成的橋臂中點相連；所述的第一移相電感的另一端與第九功率開關管Q_i-9以及第十功率開關管Q_i-10所組成的橋臂中點相連；所有四有源橋變換器中的第二電容C_o的兩端分別對應相連組成低壓直流母線；

所述每相橋臂的第一個隔離子模塊的第一功率開關管Q_i-1與第二功率開關管Q_i-2組成的中點分別與橋臂電感L_a、L_b、L_c的一端相連；所述的三相橋臂電感L_a、L_b、L_c的另一端連接到中壓交流母線；所述第三功率開關管Q_i-3與第四功率開關管Q_i-4組成的橋臂中點與下一隔離子模塊的第一功率開關管Q_i-1與第二功率開關管Q_i-2組成的橋臂中點相連；所述的每相橋臂最后一個隔離子模塊的第三功率開關管Q_i-3與第四功率開關管Q_i-4組成的橋臂中點相連，形成級聯H橋變換器結構；

所述級聯H橋變換器結構的子模塊輸入電流包含直流分量與交流分量，交流部分主要包括2倍頻分量，在CHB-SST拓撲三相橋臂橫向隔離子模塊之間，波動電流中二倍頻分量i_c2-ai、i_c2-bi、i_c2-ci呈三相對稱特性；

所述隔離子模塊電流中交流分量i_uxac分為流向自身電容的紋波電流分量i_uxac1與流向后級的紋波電流分量i_uxac2，對上述分量建立等效阻抗模型，所述包括電容與全橋結構和全橋結構的高頻鏈路的隔離子模塊的阻抗模型包括第一電容C_i的等效導納jω₀C、變壓器漏感L_T的等效導納1/jω₀L_T；

所述CHB-SST拓撲的控制方法包括全橋與電容結構控制和四有源橋變換器控制，所述全橋與電容結構控制采用dq坐標下電壓電流的雙閉環控制，所述雙閉環控制包括輸出直流電壓外環控制和電流內環解耦控制且調制方式采用載波移相脈寬調制方法，所述四有源橋變換器控制采用提出的原邊同步移相控制；

所述全橋與電容結構控制方法，包括如下步驟：

8.1)將虛擬直流母線電壓電壓給定值u_dc^*減去實際虛擬直流母線電壓輸出值u_dc，經過PI調節器的輸出值與輸入電流在d軸的分量i_d作差，經過PI調節后的輸出值與輸入電壓在d軸的分量相加后減去輸入電流在q軸的分量i_q與ωL相乘后的輸出值實現對i_d的前饋解耦；

8.2)輸出電流在q軸分量的給定值i_q^*減去實際輸入電流在q軸的分量i_q，經過PI調節后的輸出值與輸入電壓在q軸的分量相加后減去輸入電流在d軸的分量i_d與ωL相乘后的輸出值實現對i_q的前饋解耦；

8.3)將步驟8.1)和步驟8.2)的解耦值輸入到dq/abc變換中得到三相調制分量e_{a、b、c}，三相調制分量經過載波移相調制方法得到全橋與電容結構的驅動信號Q_sm；

所述四有源橋變換器的變壓器原邊側全橋結構的控制信號相同均為50％占空比的同步信號，變壓器副邊側的全橋結構的控制信號相對于原邊側控制信號移相一定的角度，將此種控制方式定義為原邊同步移相控制，將低壓直流母線電壓電壓給定值V_LVDC^*減去實際低壓直流母線電壓輸出值V_LVDC，經過PI調節器的輸出值得到移相角度為φ的調制信號，通過原邊同步移相控制得到四有源橋變換器變壓器原副邊全橋結構的驅動信號為Q_FB、Q_FBL。