[发明专利]一种实现有源功率解耦的改进三相四桥臂拓扑

说明书

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种实现有源功率解耦的改进三相四桥臂拓扑，用于在含单/三相不平衡负载或源的系统中。包括：8个开关管S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈，4个电感L_a、L_b、L_c、L_n和5个电容C_a、C_b、C_c、C_n、C_dc。当存在单/三相不平衡负载或源时，通过控制第四桥臂，利用中线为零序分量提供通路，进而实现三相相电压平衡，为负载提供高质量供电；并通过有源功率解耦控制，使交流侧的二次脉动功率由交流侧电容提供，直流侧仅需提供交流侧平均功率分量，在不增加开关器件的基础上，实现了二次脉动功率解耦目的，可以有效减小直流侧支撑电容的容值，避免二次脉动功率对直流源或前级系统控制性能的影响。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种实现有源功率解耦的改进三相四桥臂拓扑，用于在含单/三相不平衡负载或源的系统中。

背景技术

随着分布式能源的大量应用，微电网的研究越来越受到人们的重视，其运行灵活可靠，既可并网运行，又可在电网故障等情况下孤岛自治运行，被视为利用分布式能源的最佳途径。现有技术中，当微电网工作在孤岛模式时，单/三相不平衡负载或源的存在，易引起三相电压的不平衡。带Δ/Yn变压器的三相三桥臂变流器，利用变压器提供零序通路，该方法控制简单，但由于增加了工频变压器，会使系统体积、成本提高；采用三相分裂式拓扑虽然省去了工频变压器，但存在直流电压利用率不高和直流侧电容均压问题；采用组合式三相变流器，能够实现三相电压的独立控制，但所需器件较多；三相四桥臂拓扑在三相三桥臂的基础上增加了第四桥臂，将第四桥臂的交流输出端与负载的中性点相连，为零序电流提供通路，通过各序分量的控制为单/三相不平衡负载或源提供平衡的三相电压，且无均压问题，因此在单/三相不平衡负载/源系统中受到了广泛的关注。

为进一步改善电压质量及不平衡电流的均流问题，三相四桥臂拓扑的改进分序控制、正序下垂控制、零序与负序虚拟阻抗控制等多种控制策略相继提出。然而，当通过以上控制策略保证电压正弦平衡时，由于单/三相不平衡负载或源的存在，交流侧电流存在负序及零序分量。其中，负序电流分量的存在，会导致交流侧瞬时功率存在二次脉动，耦合到直流侧，会对前级直流侧电源的寿命或前级AC/DC环节造成影响，其原理类似于单相逆变器二次脉动功率问题。为了实现交、直流侧的功率解耦，传统的三相四桥臂通常采用增大直流侧电容等无源功率解耦方案，导致成本、体积的进一步增加，影响系统寿命，不利于发挥三相四桥臂拓扑的优势。

发明内容

针对传统三相四桥臂拓扑带单/三相不平衡负载或源时既需要实现输出相电压平衡又需要实现直流侧电容轻量化的需求，本发明提供一种实现有源功率解耦的改进三相四桥臂拓扑，能够采用中线为零序分量提供通路，进而实现三相相电压平衡，为负载提供高质量供电；并通过有源功率解耦控制，实现二次脉动功率解耦。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种实现有源功率解耦的改进三相四桥臂拓扑，包括：开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃、开关管S₄、开关管S₅、开关管S₆、开关管S₇、开关管S₈8个开关管，电感L_a、电感L_b、电感L_c、电感L_n4个电感和电容C_a、电容C_b、电容C_c、电容C_n、电容C_dc5个电容；