[發明專利]應用于中壓固態變壓器的五電平功率因數校正整流器及其控制方法

在審

• 申請號: 202211291493.X
• 申請日: 2022-10-20
• 公開（公告）號: CN115580133A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 徐德鴻;鄧金溢;龍海鴻;吳昕;李佳隆
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02M1/088;H02M1/32;H02M3/157;H02M3/158
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開一種應用于中壓固態變壓器的五電平功率因數校正整流器及其控制方法，包括由二極管組成的單相不控橋整流電路、兩個濾波電感、八個帶反并二極管的全控型開關管、兩個箝位電容、兩個直流母線電容。本發明電路可以使開關管電壓應力減小到1/4，濾波電感感值減小到1/16，具有低成本、高效率、高功率密度的優點，更加適合應用于大功率中壓固態變壓器。同時，本發明方法可實現五種電平斬波功能，并避免了箝位電壓偏移、中點電壓偏移而造成的器件損壞。采用本發明的單相五電平功率因數校正整流器拓撲作為中壓固態變壓器的第一級AC/DC模塊，可使用三路完全相同的單相五電平功率因數校正整流器和隔離型DC/DC變換器完成中壓電網到低壓直流的功率變換。

技術領域

本發明涉及中壓固態變壓器領域，尤其涉及一種單相五電平功率因數校正整流器及其控制方法。

背景技術

傳統電力變壓器需要消耗大量銅鐵等材料、低頻工作、體積龐大，存在鐵芯飽和、直流偏置、勵磁浪涌、損耗大等問題，此外也不具備諧波抑制、故障保護傳遞的能力。為滿足數據中心、電動汽車充電等大功率直流性負荷的供電需求，中壓固態變壓器受到廣泛關注。中壓固態變壓器相比傳統電力變壓器是一種配電效率高、體積小、可靠性高的電力電子解決方案，其需要實現從中壓交流電網到低壓直流的功率變換，中壓固態變壓器由多級架構組成，而第一級常為功率因數校正(Power Factor Correction，PFC)整流器。

傳統功率器件的耐壓通常在6.5kV以下，難以滿足中壓PFC整流器電壓要求，同時也造成濾波器體積過大等問題。受目前功率器件耐壓以及開關損耗的限制，傳統的兩電平PFC整流器已經難以應用于中壓固態變壓器。而采用級聯式多電平變換器或模塊化多電平變換器(Modular Multilevel-Cascade Converter，MMC)則造成電路結構復雜、控制難度大、成本高等問題。

綜上，如何提供一種應用于中壓固態變壓器的功率因數校正整流器，使得電路簡化、控制簡單、成本降低、效率提高、系統體積降低是本領域技術人員亟待解決的一大技術難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種應用于中壓固態變壓器的五電平功率因數校正整流器及其控制方法，以解決上述器件耐壓受限、開關頻率過低、濾波器體積過大的技術問題。本發明電路具有低成本、高效率、高功率密度的優點，更加適合應用于大功率中壓固態變壓器。同時，為本發明的單相五電平功率因數校正整流器提供一種PWM調制方法、一種箝位電容電壓控制方法以及一種中點電壓控制方法。

本發明采用的技術方案如下：