[发明专利]一种基于耦合电感的两端口型AC/DC变流器

说明书

本发明公开了一种基于耦合电感的两端口型AC/DC变流器，属于电力电子领域。所述基于耦合电感的两端口型AC/DC变流器主要包括：第一变流电路、第二变流电路、滤波电容、控制电路和检测电路；第一变流电路包括第二功率开关、第一电感和第一二极管；第二变流电路包括第三功率开关、第二电感、第一功率开关、第四二极管、第二二极管、第三二极管和平波电容。控制电路根据检测电路采集的直流电压以及电网交流电源的电网电压控制第一至第三功率开关的开和关。根据本发明，交流侧和直流侧之间采用联合接地结构，且仅需三个功率开关，具有转换效率高、成本低、直流侧稳压电容小、输出直流电压稳定、实用性强等优势。

技术领域

本发明涉及一种两端口型AC/DC变流器，特别涉及一种基于耦合电感的AC/DC变流器。

背景技术

AC/DC变流器主要用于将交流电网输出的交流电或者分布式发电系统产生的交流电转变成直流微网所需的直流电。在现有技术中，应用于直流微网的AC/DC变流器的接地方式一般可以分为联合接地结构、单边接地结构、虚拟隔离接地结构等等。

图1给出了直流微网中AC/DC变流器的联合接地结构。在该结构中，交流高压首先通过裂相变压器T₁降为110V的交流低压，再将交流低压接入AC/DC变流器进行交流/直流转换，最后给直流微网提供功率。其中，交流低压系统和直流微网共用地线。联合接地结构的优点是直流微网能够容易地安装到原来的交流低压电网中，从而构成混合电力系统。在混合电力系统中，低压用电设备需要安全可靠的地线。但是，如果没有专门的或者复杂的AC/DC变流器提供地线，大部分低压交流系统不适用于这种结构。同时，要求直流微网必须适用于三端口的双极性电压变换结构。

在现有技术中，由于受到低压设备限制，直流微网和低压交流系统共用地线是困难的。故而很多学者考虑到了单边接地结构。图2示出了直流微网中带有双直流母排的单边接地结构。在这种结构中，交流高压通过降压变压器T₂转变成适合AC/DC变流器输入的交流低压，再通过AC/DC变流器给直流微网提供功率。这里的降压变压器T₂类似于隔离变压器，而且其为直流微网提供的交流电压通常比标准的交流电压低。比如，一个三相降压变压器可能会输出一个200V的线电压，而不是一个标准的380V线电压。此外，根据直流电压输出功率和额定功率的需要，AC/DC变流器可以把交流功率转换成不同要求的直流功率。比如，直流微网可能是一个单直流母排的系统，或者是双直流母排的系统。

这种单边接地结构的优点是AC/DC变流器可以用简单结构的变流器，比如两电平的三相变流器，或者三电平的三相变流器，或者是其它的变流器。缺点是降压变压器的输出不能和其它低压交流民用负载直接相连，所以直流微网的适应能力会受到限制。

在现有技术中，因为低压设备的存在，要实现混合交流和直流电网系统共地线是不容易的。因此，有学者提出了虚拟隔离接地结构。如图3a-3b所示，根据变压器类型的不同，虚拟隔离接地结构一般可以分为两类。

图3a示出的是基于工频变压器T₃的虚拟隔离接地结构。该结构和单边接地结构相似，但是此处变压器和低压交流电力系统相接，而不是高压交流系统。图3b示出的是基于高频变压器T₄的虚拟隔离接地结构。和图3a所示的方法相比，图3b中用了高频变压器T₄和两个变流器。由于其中变流器具有较高的转换效率，所以基于这种方法的高频变压器相对工频变压器系统而言更具有优势。

虚拟隔离接地方式虽然可以非常灵活地适应直流微网结构的需要，但其所用的变压器和多个变流器会伴随额外的功率损耗，降低了整个系统的转换效率。