[发明专利]三电平二极管箝位双有源全桥直流变换器电压平衡方法

说明书

本发明提出三电平二极管箝位双有源全桥直流变换器电压平衡方法，变换器包括高频变压器T、高频电感L、原边二极管箝位三电平全桥H₁、副边两电平全桥H₂、以及隔直电容C_g1、直流电压源U_i、输入分压电容C₁和C₂、副边输出滤波电容C_o和控制器构成，其中输入分压电容C₁、C₂容值相等，高频电感L包括变压器原边漏感；平衡方法通过建立模型对变换器各个工作模式下中点电压偏移量与移相偏移量之间的关系进行了分析和推导,得到各个工作模式下的移相偏移量Δd₂T_hs的数学表达式，对相应开关时刻进行调节，以维持变换器移相控制时中点电压的平衡；本发明能实现中点电压的快速平衡，保证DAB变换器运行的安全性和稳定性。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是三电平二极管箝位双有源全桥直流变换器电压平衡方法。

背景技术

分布式可再生新能源的快速发展和国内外对柔性直流输配电技术的需求日益高涨，极大带动了双向直流变换器的发展。双有源桥式(DAB)双向直流变换器是当今的研究热点，具有高频电气隔离、能量双向流动、易于实现软开关、功率密度高、灵活快速改变功率传输方向等优点，广泛应用于直流配电网、储能系统、电动车充电桩等电能变换领域。

两电平DAB由于开关器件的耐压限制，并不适合中高压场合。为了在不提高功率开关电压应力的前提下，扩展双有源全桥直流变换器输入电压范围，将二极管箝位(NPC)三电平电桥结构引入DAB变换器的原边高压侧，低压侧仍然采用传统的两电平全桥，这种电路结构适用于于中高输入电压场合，能够降低变压器原边电流应力和开关损耗，进一步扩展DAB变换器的输入电压范围。

两电平双有源全桥直流变换器常采用移相控制，最简单的是单移相控制。为了实现回流功率最小、电感电流峰值及有效值最小或功率器件零电压开通，出现了扩展移相、双移相和三移相等控制策略。这些移相控制方法均可移植到二极管箝位三电平DAB直流变换器中，且三电平DAB直流变换器原边桥臂引入了二分之一输入电压的电平，相当于又多出来一个控制自由度，因此具有更多的移相控制量来进行变换器的优化设计。

当二极管箝位三电平直流变换器的输入电压与输出电压不匹配时，需要引入二分之一输入电压来减小电感电流峰值和回流功率，无论采用何种移相控制策略，必然存在着输入侧两个分压电容的充放电过程。理想状态下，一个开关周期内两个电容净充电电荷量为零，即一个开关周期内流入中点电流平均值为零，中点电压处于平衡状态。但是实际中，由于线路和开关器件参数不对称、器件导通时间不完全对称等因素的影响，两个电容充放电状态可能不一致，即一个开关周期内流出中点电流平均值不为零，从而导致两个电容电压偏移越来越大，破坏了中点电压平衡。中点不平衡会导致功率开关电压应力增大直至损坏，变压器电流应力增大等问题，影响变换器运行的安全性和稳定性。因此，输入分压电容中点电压平衡是实现二极管箝位三电平DAB变换器必须解决的问题。

发明内容

本发明提出三电平二极管箝位双有源全桥直流变换器电压平衡方法，解决了二极管箝位三电平DAB变换器线路和开关器件参数不对称、器件导通时间不完全对称等因素导致的中点电压不平衡问题，实现了中点电压的快速平衡，保证了DAB变换器运行的安全性和稳定性。

本发明采用以下技术方案。