雙向功率流電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分類表H02中的發(fā)電、變電或配電設(shè)備及其控制方法，特別是涉及用于直流和交流之間，以及用于與電源或類似的供電系統(tǒng)一起使用的設(shè)備及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓源逆變器輸入直流電壓而輸出交流電壓；逆變器的輸出電壓可以是三相或多相，可以是方波，正弦波，PWM波，階梯波，或者準(zhǔn)方波；電壓源逆變器應(yīng)用廣泛，但是存在下列缺點:(1)交流負(fù)載必須為電感性或交流電源須串聯(lián)電感，才能使電壓源逆變器工作，這使電壓源逆變器的應(yīng)用受到很大的限制；(2)交流輸出電壓被限制只能低于而不能超過直流母線電壓，或直流母線電壓只能高于交流輸入電壓，因此，電壓源逆變器是一個降壓式逆變器；對于直流電壓較低，需要較高的交流輸出電壓的功率變換場合，需要一個額外的DC/DC升壓式變換器；這個額外的功率變換器增加了系統(tǒng)的成本，降低了變換效率；(3)每個橋臂的上、下器件不能同時導(dǎo)通，否則，會發(fā)生直通短路，損壞器件；
[0003]目前的電壓型阻抗源逆變器可以克服上述缺陷，但是其阻抗源網(wǎng)絡(luò)電容器的電壓應(yīng)力偏大，特別在輸出電壓較高的情況下，尤其如此。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種雙向功率流電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器及其控制方法，解決目前電壓型阻抗源逆變器的阻抗源網(wǎng)絡(luò)電容器的電壓應(yīng)力偏大的問題，并實現(xiàn)升壓功能，提高電路的可靠性，簡化控制方法，提高系統(tǒng)效率。
[0005]為解決上述提出的問題，本發(fā)明提供的雙向功率流電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器，包括準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)、逆變橋、直流電壓源DC和交流負(fù)載M ;
[0006]準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)的輸出端接逆變橋；
[0007]交流負(fù)載M接在逆變橋的橋臂之間；
[0008]準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)由電橋和雙向電力電子開關(guān)S連接而成；
[0009]直流電壓源DC接在準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)的電橋的橋臂上；
[0010]逆變橋由若干個雙向電力電子開關(guān)連接而成；
[0011]雙向電力電子開關(guān)S和逆變橋中的雙向電力電子開關(guān)均工作在高頻開關(guān)狀態(tài)；
[0012]輸出電壓通過調(diào)節(jié)逆變橋中的雙向電力電子開關(guān)的直通占空比來控制，調(diào)節(jié)后的輸出電壓低于或高于輸入電壓。
[0013]逆變橋通過調(diào)節(jié)同一橋臂上下兩個雙向電力電子開關(guān)同時導(dǎo)通的時間來調(diào)節(jié)電壓增益。
[0014]通過逆變橋雙向電力電子開關(guān)和雙向電力電子開關(guān)S控制功率流的方向。
[0015]將直流電壓源DC替換為直流負(fù)載、交流負(fù)載M替換為交流電壓源后，則其功率流雙向
[0016]流動。
[0017]所述準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)中的電橋為電感L1、電容Cl、電感L2、電容C2依次連接而成；電
[0018]感LI和電容Cl之間設(shè)結(jié)點P1、電感L2和電容C2之間設(shè)結(jié)點P2、電容Cl和電感L2
[0019]之間設(shè)結(jié)點P3、電容C2和電感LI之間設(shè)結(jié)點P4 ;直流電壓源DC接在電感LI和結(jié)點
[0020]P4之間；雙向電力電子開關(guān)S接在結(jié)點Pl和結(jié)點P2之間。
[0021]逆變橋中的若干個雙向電力電子開關(guān)類型相同，均分別由一個功率二極管和一個全控型電力電子器件反并聯(lián)而成；所述全控型電力電子器件為絕緣柵雙極型晶體管IGBT。
[0022]所述逆變橋中的若干個雙向電力電子開關(guān)有雙向電力電子開關(guān)S1、雙向電力電子開關(guān)S2、雙向電力電子開關(guān)S3、雙向電力電子開關(guān)S4 ;按雙向電力電子開關(guān)S1、雙向電力電子開關(guān)S3、雙向電力電子開關(guān)S4、雙向電力電子開關(guān)S2的順序依次連接形成逆變橋；雙向電力電子開關(guān)SI和雙向電力電子開關(guān)S2之間設(shè)結(jié)點P5 ;雙向電力電子開關(guān)S3和雙向電力電子開關(guān)S4之間設(shè)結(jié)點P6 ;雙向電力電子開關(guān)SI和雙向電力電子開關(guān)S3之間設(shè)結(jié)點P7 ;雙向電力電子開關(guān)S4和雙向電力電子開關(guān)S2之間設(shè)結(jié)點P8 ;結(jié)點P5和結(jié)點P6之間接入交流負(fù)載M ;結(jié)點P7接準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點P3，結(jié)點P8接準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點P4。
[0023]雙向電力電子開關(guān)SI由絕緣柵雙極型晶體管IGBTl和功率二極管Dl反并聯(lián)而成、雙向電力電子開關(guān)S2由絕緣柵雙極型晶體管IGBT2和功率二極管D2反并聯(lián)而成、雙向電力電子開關(guān)S3由絕緣柵雙極型晶體管IGBT3和功率二極管D3反并聯(lián)而成、雙向電力電子開關(guān)S4由絕緣柵雙極型晶體管IGBT4和功率二極管D4反并聯(lián)而成、雙向電力電子開關(guān)S由絕緣柵雙極型晶體管IGBT和功率二極管D反并聯(lián)而成。
[0024]所述逆變橋中的若干個雙向電力電子開關(guān)還有雙向電力電子開關(guān)S5、雙向電力電子開關(guān)S6 ;雙向電力電子開關(guān)S5、雙向電力電子開關(guān)S6依次串聯(lián)在逆變橋的結(jié)點P7和結(jié)點P8之間；雙向電力電子開關(guān)S5、雙向電力電子開關(guān)S6之間設(shè)節(jié)點P9 ;結(jié)點P9接交流負(fù)載M ;所述雙向電力電子開關(guān)S5由絕緣柵雙極型晶體管IGBT5和功率二極管D5反并聯(lián)而成；雙向電力電子開關(guān)S6由絕緣柵雙極型晶體管IGBT6和功率二極管D6反并聯(lián)而成；雙向電力電子開關(guān)S5和雙向電力電子開關(guān)S6都工作在高頻開關(guān)狀態(tài)。
[0025]基于雙向功率流電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器的控制方法，包括以下步驟:
[0026]步驟S1:將逆變橋的每一橋臂的工作狀態(tài)定義為三值邏輯；
[0027]步驟S2:用相應(yīng)矢量描述所定義的三值邏輯關(guān)系，得到逆變橋所有的開關(guān)組合狀態(tài)；
[0028]步驟S3:根據(jù)要求剔除不符合電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器工作規(guī)律的開關(guān)組合狀態(tài)；
[0029]步驟S4:對符合電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器工作規(guī)律的開關(guān)組合狀態(tài)進行合理科學(xué)的排布，
[0030]找到使開關(guān)次數(shù)最小化的開關(guān)次序，最大限度的減少開關(guān)次數(shù)；達到開關(guān)損耗最小的目標(biāo)。
[0031]
[0032]采用本發(fā)明的雙向功率流電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器后，由于準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與阻抗源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比作了改動，將雙向電力電子開關(guān)S移到了準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部，使電容Cl兩端電壓隨著電壓增益的增大而減小，而電壓型阻抗源逆變器中的阻抗源網(wǎng)絡(luò)電容電壓隨電壓增益的增大而成比例增大，從而解決解決目前電壓型阻抗源逆變器的阻抗源網(wǎng)絡(luò)電容器的電壓應(yīng)力偏大的問題，并實現(xiàn)升壓功能，提高電路的可靠性，同時，直流電源與逆變橋有公共點，便于接線。
[0033]由于設(shè)置了準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)，電路具有非常高的可靠性，可以避免橋臂直通或開路時造成電源短路和損壞電力電子器件；由于電力電子開關(guān)的工作頻率很高，準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)的無源元件值很小，整個電路的結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕、可靠性高；
[0034]可用于許多工業(yè)應(yīng)用的場合，從家用電器如微波爐、感應(yīng)坎具到航空航天工業(yè)，從個人電腦電源到工業(yè)自動化如燃料電池和混合電動汽車；還可應(yīng)用到交流電動機的驅(qū)動，交流不停電電源，感應(yīng)加熱，靜態(tài)無功發(fā)生器或補償器，有源濾波等；
[0035]此外，基于本發(fā)明的雙向功率流電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器而采用的控制方法，由于逆變橋的工作狀態(tài)經(jīng)邏輯定義、矢量描述、科學(xué)的條件約束和順序排列，最終找到使開關(guān)次數(shù)最小化的開關(guān)次序，從而簡化了控制方法，達到了開關(guān)損耗最小目的，進而提高雙向功率流電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器的效率。
[0036]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的雙向功率流電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器及其控制方法作進一步說明。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明的雙向功率流電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為本發(fā)明實施例一的雙向功率流單相電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器的電路圖；
[0039]圖3為本發(fā)明實施例二的雙向功率流三相電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器的電路圖。
【具體實施方式】
[0040]如圖1所示，雙向功率流電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器包括準(zhǔn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)、逆變橋、直流電壓源DC和交流負(fù)載M ;準(zhǔn)阻