[发明专利]一种应用于能量路由器的两级式DC/AC双向变换装置

说明书

本发明涉及电力电子领域，具体公开了一种应用于能量路由器的两级式DCAC双向变换装置，包括一级DC/DC变换单元，直流母线电容，一级DC/AC变换单元，LC滤波单元；DC/DC变换单元用于实现一种直流电压U1与另一种直流电压U2的变换，同时实现直流母线电容中点电位平衡控制；直流母线电容吸收系统纹波电流，为DC/AC提供稳定的直流电U2；直流电U2再经DC/AC变换和LC滤波与工频50Hz的三相四线正弦交流电互相变换，实现了一种宽范围直流电和交流电的变换，同时在不增加额外器件的前提下，通过智能算法在能量传输的同时解决了三电平中点电位不平衡问题。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种应用于能量路由器的两级式DC/AC双向变换装置。

背景技术

随着新能源产业发展，清洁能源占比的提高，以及储能技术的快速发展，光储充一体化、智能微网等综合能量路由器技术方案实现了多能互补、能源互联、多向功率流的主动控制，对于电力用户在节能减排、降低碳消耗方面有十分积极的促进作用；DC/AC双向变换技术是上述解决方案中主要的环节，是解决新能源储能、清洁能源利用及光伏发电馈网的关键技术；

DC/AC双向变换装置将直流电逆变成交流电，可通过并网馈电将清洁能源输送到电网，也可以组成智能微网将新能源发电转变成交流电为负载供电；DC/AC的变换分单级式和两级式，单级式结构简单，但是控制复杂，隔离困难，与电池连接处电容大，无法进行电流保护。本专利采用两级式变换，先进行一级DC/DC变换，再进行一级DC/AC变换将直流电逆变成交流电，器件数量有所增加，但是控制简单，很好的实现对直流侧电流的控制，便于实现对充电速度和充电模式的控制，同时可以很好的利用直流母线，实现两级的分离；本专利三相四线逆变输出主要是解决离网、微网运行时不平衡负载带来的中点偏移等不利影响；本专利采用三电平拓扑具有开关损耗小、效率高、输出电压波形更接近正弦波形、电流谐波小，滤波参数可以设计的更小，减小体积，便于安装；

三电平拓扑具有众多优点，但中点电位不平衡是三电平拓扑常出现的问题，长期运行在中点电位不平衡条件下会导致逆变输出含有直流分量，开关器件承受电压不均衡，影响母线电容寿命等问题；本专利设计中存在DC/DC直流变换单元，可以通过控制T1、T2、T3、T4的开关状态使DC/DC直流变换单元工作在Buck模型或Boost模式，直接对直流侧两个电容进行充放电，通过DC/DC直流变换单元直接控制中点电位平衡，方法简单，无需额外增加中点电位平衡控制电路。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种应用于能量路由器的两级式DC/AC双向变换装置，采用电力电子变流技术经过两级电力电子变换，将一种形式的直流电U1经过一级DC/DC变换为另一个电压等级的直流电U2，U2经直流母线电容稳压滤波后，再经一级DC/AC变换为三相四线工频50Hz交流电输出，直流电源U1可以是蓄电池供电、超级电容供电及其他形式的独立直流源；直流电U2需满足逆变要求的电压等级；所述变换器可双向能量传输，可以工作在并网、离网、微网等模式下，适用于平衡负载、不平衡负载、线性负载、非线性负载。

为实现上述目的，本发明提出了一种应用于能量路由器的两级式DC/AC双向变换装置，包括一级DC/DC变换单元、直流母线电容单元、一级DC/AC变换单元、LC滤波单元，其中：

DC/DC变换单元用于将一种形式的直流电U1变换为与系统匹配另一种形式的直流电压U2，通过工作模式的切换还可以将直流电U2变换为直流电U1，能量双向流动；

直流母线电容单元用于系统直流母线电压的稳压和吸收系统产生的纹波电流；

DC/AC变换单元用于将直流电U2变换成三相四线工频50Hz交流电，通过工作模式的切换还可以将工频交流电变换为直流点U2，能量双向流动；

LC滤波单元用于将DC/AC输出的方波波形滤波成为正弦波形。