[发明专利]一种三电平双向直流变换器及其脉冲宽度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换技术领域，涉及直流电源变换系统中的功率变换装置，特别涉及一种三电平双向直流变换器及其脉冲宽度控制方法。

背景技术

随着对可再生能源的不断开发利用，所产生的电能需要通过合理的方式进行传输或存储，比如光伏发电和燃料电池发电技术中，电能产生端发出的直流电可以通过直流变换器，得到较为稳定的直流母线电压，一方面可以通过逆变器将直流电转换成交流电，为交流负载供电；另一方面，也可以直接或再次通过直流变换器为直流负载供电。为了将多余的能量进行存储，以及在光照或燃料不足的情况下，储能单元能为负载提供不足部分的能量，需要将存储的能量释放到直流母线端。要实现这个功能，目前最好的能量转换方式是通过双向直流变换器来完成。

对于存储电能的蓄电池或超级电容来说，为了得到更高的容积效率，一般电压等级比较低；对于传输电能的直流母线来说，为了提高电能传输效率，需要提高电压等级。这样，就会出现储能端的电压等级与直流母线端的电压等级差异很大，即双向变换器需要提供很大的电压变换比，并且较高的直流母线电压对功率开关的耐压等级提出了更高的要求。所带来的问题是，双向直流变换器需要通过变压器来解决电压的大变换比问题，否则，直流变换器将出现极端占空比问题，功率开关难以响应极端窄的脉冲驱动信号。另外，功率开关耐压等级的提高，意味着通态压降和导通电阻的升高、功率开关的上限开关频率下降。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下的缺点和不足：

传统的两电平双向直流变换器在高压变换场合存在功率开关电压应力大、开关损耗大、滤波器体积大以及dv/dt高等突出问题，现有的三电平双向直流变换器解决了上述问题，但是在特殊的大变换比场合，功率开关将难以响应极窄的脉冲驱动信号、功率开关极易出现极端占空比的问题。

发明内容

本发明提供了一种三电平双向直流变换器及其脉冲宽度控制方法，该方案解决了具有传统三电平双向直流变换器特性的同时使得在大变换比的情况下功率开关响应极窄的脉冲驱动信号，避免了功率开关工作在极端占空比状态，详见下文描述：

一种三电平双向直流变换器，所述三电平双向直流变换器包括：低压直流侧滤波电容、高压直流侧第一滤波电容、高压直流侧第二滤波电容、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管、第七续流二极管、第八续流二极管、第一箝位二极管、第二箝位二极管、第三箝位二极管、第四箝位二极管、第一可控功率开关、第二可控功率开关、第三可控功率开关、第四可控功率开关、第五可控功率开关、第六可控功率开关、第七可控功率开关、第八可控功率开关、高压直流侧母线电压、低压直流侧母线电压和储能电感，