[发明专利]一种零电流复合式谐振三电平直流变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种零电流复合式谐振三电平直流变换器及其控制方法，变换器输入侧包括直流电源、两个输入电容、四个主开关管、两个辅开关管、一个谐振电感、一个谐振电容、两个钳位二极管和主辅两个变压器的原边；输出侧包括主辅两个变压器的副边和一个倍压整流电路。谐振电感和谐振电容分别与主辅变压器的原边串联。基于主变换器副边与原边匝比显著大于辅变压器副边与原边匝比，两个副管采用脉宽调制的控制策略，可实现辅变压器和两个辅管传输小部分的系统功率，而主变压器和四个主管传输剩余大部分系统功率。本发明能实现四个主管的零电流开通和关断，两个辅管的零电压零电流开通和零电压关断，具有开关损耗小、效率高、控制简单等优点。

技术领域

本发明涉及一种变换器，具体涉及一种零电流复合式谐振三电平直流变换器，适用于高压直流大功率场合，属于电力电子技术领域。

背景技术

随着环境污染问题的日益严峻，太阳能和风能为主流的新能源发电在近二十年里得到了长足的发展，并且新能源的端口电压和功率呈现明显的上升趋势。如EiriniGkoutioudi，PanagiotisBakas，AntoniosMarinopoulos，“Comparison of PVsystems with maximum DC voltage 1000V and 1500V,”in Proc. IEEE PVSC，2013, pp.2873–2878介绍了光伏电池板最大输出电压由1000V升高为1500V的带来成本和效率优势，而且目前市场上已经有1500V直流输出的光伏电池板了。

另外，随着大规模新能源发电站的快速增长，中高压直流输电在长远距离的电能传输中的应用越来越普遍，而且输电规模也在逐年扩大。相比于传统的交流输电系统，中高压直流输电有着更低的线路损耗、更低的总成本以及更高的灵活性等显著优势。因此，DC/DC变换器作为中高压直流输电中的关键装置，已经有了大量的研究。如传统的零电压零电流全桥变换器能够实现超前桥臂的零电压开通和之后桥臂的零电流关断，但超前桥臂的关断电流较大会增加变换器的开关损耗，且开关管的电压应力均为输入电压。谐振式直流谐振变换器也能实现各种方式的软开关，但谐振式直流谐振变换器通常变频控制，导致在宽输出电压范围内，开关频率产生较大变化，使得开关管的损耗增加的同时磁性元件的设计难度也会上升，本领域的技术人员一直尝试新的方案，但是该问题一直没有得到妥善解决。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种零电流复合式谐振三电平直流变换器，该技术方案保证所有开关管电压应力为输入电压的一半的同时，能实现主开关管的零电流开通和关断，减小拓扑的开关损耗，也有利于降低磁性元件的设计。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种零电流复合式谐振三电平直流变换器，其特征在于，所述零电流复合式谐振三电平直流变换器包含直流电源Vin、输入电容、箝位电路、主变压器、谐振电感、第一开关桥臂、第二开关桥臂、谐振电容、辅变压器、第三开关桥臂、倍压整流电路，所述输入电容正向并联在直流电源Vin正负输出端；所述第一开关桥臂与第二开关桥臂正向串联，并且第一开关桥臂和第二开关桥臂正向并联在直流电源Vin正负输出端，主变压器的原边绕组和谐振电感串联，所述箝位电路的正负两端分别连于第二开关桥臂和第一开关桥臂上，所述第三开关桥臂的上下两端分别连于第一开关桥臂和第二开关桥臂上，谐振电容和辅变压器的原边绕组串联，主变压器的副边绕组和辅变压器的副边绕组同向串联后作为倍压整流电路的输入。该技术方案可以保证所有开关管的电压应力只为输入电压的一半，适用于电压和功率呈现上升趋势的大规模新能源发电场合。在主变换器副边与原边匝比显著大于辅变压器副边与原边匝比的基础上，可以通过辅变压器和辅开关管分流小部分系统功率，而主变压器和四个主开关管传输剩余的大部分系统功率。

作为本发明的一种改进，所述输入电容由第一分压电容Cin1和第二分压电容Cin2串联组成，其中第一分压电容Cin1和第二分压电容Cin2正向并联在直流电源Vin正负输出端。