本發(fā)明屬于電氣，具體涉及一種單相升壓型高頻儲能變流器及控制方法。

背景技術(shù)：

1、單相高頻儲能變流器能夠?qū)⑿铍姵卮鎯Φ闹绷麟娔苣孀優(yōu)閱蜗喔哳l(500hz-1000hz)交流電能，為高頻交流電網(wǎng)供電，或者對超高速單相異步電動機進行驅(qū)動，也能實現(xiàn)高頻交流電網(wǎng)對蓄電池的充電，或者對回饋制動狀態(tài)下超高速單相異步電動機所產(chǎn)生的電能進行回收，改善電機運行效率。為了降低線電流和銅耗，改善運行效率，單相高頻交流電網(wǎng)和單相異步電機的供電電壓有效值通常較高，約為110v或者220v。然而，出于安全性考慮，蓄電池的輸出電壓一般不超過100v。因此，上述應(yīng)用場景下的單相高頻儲能變流器需要具備一定的升壓能力。buck/boost變換器級聯(lián)h橋逆變器的兩級式升壓儲能變流器具有結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，效率較高等諸多優(yōu)點，是單相升壓型高頻儲能變流器的常用架構(gòu)。然而，其器件數(shù)量較多，成本較高，且兩級式結(jié)構(gòu)存在與生俱來的級聯(lián)穩(wěn)定性問題，控制器參數(shù)的設(shè)計相對復(fù)雜。分裂源單相逆變器將boost變換器和h橋逆變器的功率管進行復(fù)用，實現(xiàn)了二者的集成，減少了功率管數(shù)量。然而，為了防止相鄰橋臂間短路，其電源輸入端需要串聯(lián)兩個阻斷二極管，導(dǎo)致能量無法雙向流通，因此不適用于儲能變流器場合。差動式逆變器采用兩個雙向boost變換器差動連接，同時實現(xiàn)了升壓和逆變，且能量可以雙向流通，電路結(jié)構(gòu)簡單，器件數(shù)量較少。然而，該逆變器存在環(huán)流問題，且電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力均較高，變換效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種單相升壓型高頻儲能變流器及控制方法，具有元器件數(shù)量少，成本低，控制簡單，無環(huán)流，具有對共模電流的抑制能力等優(yōu)點。

2、為了實現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出如下方案：

3、一種單相升壓型高頻儲能變流器，所述儲能變流器包括輸入濾波電容cin、輸入濾波電感l(wèi)in、直流母線電容cdc、第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2、第三開關(guān)管s3和第四開關(guān)管s4。輸入濾波電感l(wèi)in的一端與輸入濾波電容cin的正極相連，作為儲能變流器的正極性輸入端；輸入濾波電感l(wèi)in的另一端與第一開關(guān)管s1的源極以及第二開關(guān)管s2的漏極相連；輸入濾波電容cin的負極與第二開關(guān)管s2的源極、第四開關(guān)管s4的源極和直流母線電容cdc的負極相連，作為儲能變流器的負極性輸入端；直流母線電容cdc的正極與第一開關(guān)管s1的漏極和第三開關(guān)管s3的漏極相連；儲能變流器與輸出濾波電路連接，所述輸出濾波電路的第一端口與第三開關(guān)管s3的源極、第四開關(guān)管s4的漏極和第一開關(guān)管s1的源極、第二開關(guān)管s2的漏極相連，第二端口可以與高頻交流電網(wǎng)、超高速異步電機或者負載設(shè)備相連。

4、所述濾波電路與負載設(shè)備、超高速異步電機相連接時，即工作在離網(wǎng)模式時，采用lc型輸出濾波電路；所述濾波電路與高頻交流電網(wǎng)連接時，即工作在并網(wǎng)運行時，采用l型輸出濾波電路。

5、優(yōu)選的，當輸出濾波電路的第二端口與超高速異步電機或負載設(shè)備連接時，控制方法包括以下步驟：

6、將所述儲能變流器的輸出電壓采樣值uo,f與輸出電壓基準值uo,ref比較，得到輸出電壓誤差信號uo,e；

7、將輸出電壓誤差信號uo,e送至輸出電壓控制器，經(jīng)過雙向限幅環(huán)節(jié)，得到輸出濾波電感電流基準值ilf,ref；

8、將輸出濾波電感電流基準值ilf,ref與輸出濾波電感電流采樣值ilf,f比較，得到的輸出濾波電感電流誤差信號ilf,e，送至輸出濾波電感電流控制器，經(jīng)過雙向限幅環(huán)節(jié)，得到正弦調(diào)制信號urac；

9、將所述正弦調(diào)制信號urac與雙極性三角載波uc交截，產(chǎn)生第一開關(guān)管s1的驅(qū)動信號ugs,s1和第四開關(guān)管s4驅(qū)動信號ugs,s4；將第一開關(guān)管驅(qū)動信號ugs,s1取反，得到第二開關(guān)管s2的驅(qū)動信號ugs,s2和第三開關(guān)管s3的驅(qū)動信號ugs,s3。

10、優(yōu)選的，當所述第二端口與高頻交流電網(wǎng)連接時，所述儲能變流器的控制方法包括以下步驟：

11、將所述儲能變流器的電網(wǎng)電壓采樣值ug,f送至鎖相器，得到電網(wǎng)電壓相位信號θ；

12、將所述儲能變流器設(shè)定的電網(wǎng)電流幅值基準值ig,ref，與電網(wǎng)電壓相位信號θ同步相位后的單位正弦信號相乘，得到電網(wǎng)電流基準值ig,ref＝ig,ref*sin(ωt+θ)；

13、式中，ωo為輸出電壓角頻率。

14、將所述儲能變流器的電網(wǎng)電流采樣值ig,f與電網(wǎng)電流基準值ig,ref比較，得到電網(wǎng)電流誤差信號ig,e；

15、將電網(wǎng)電流誤差信號ig,e送至輸出電流控制器，經(jīng)過雙向限幅環(huán)節(jié)，得到正弦調(diào)制信號urac；

16、將正弦調(diào)制信號urac與雙極性三角載波uc交截，產(chǎn)生第一開關(guān)管s1的驅(qū)動信號ugs,s1和第四開關(guān)管s4的驅(qū)動信號ugs,s4；將第一開關(guān)管驅(qū)動信號ugs,s1取反，得到第二開關(guān)管s2的驅(qū)動信號ugs,s2和第三開關(guān)管的驅(qū)動信號s3ugs,s3。

17、進一步的，所述逆變器的電壓增益g＝uom/uin＝2m，式中m＝urm/ucm＝uom/udc為儲能變流器的調(diào)制比；式中，urm為正弦調(diào)制信號urac的幅值，ucm為三角載波uc的幅值，uom為儲能變流器輸出電壓uo的基波幅值，udc為直流母線電壓udc的平均值，uin為輸入電壓uin的平均值。

18、進一步的，所述輸入濾波電感l(wèi)in的電感量如下：

19、

20、式中，po為輸出有功功率，ωo為輸出電壓角頻，m為儲能變流器的調(diào)制比，uin為輸入電壓uin的平均值。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

22、本發(fā)明提出的單相升壓型高頻儲能變流器，通過將boost變換器和h橋逆變器的功率管進行復(fù)用，實現(xiàn)了二者的集成，減少了功率管數(shù)量，且能量可以雙向流通；功率的變換只需要通過單級結(jié)構(gòu)，且無級聯(lián)穩(wěn)定性問題，變換效率較高，具有成本低，控制簡單，無環(huán)流，具有對共模電流的抑制能力等優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.一種單相升壓型高頻儲能變流器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相升壓型高頻儲能變流器，其特征在于，當所述儲能變流器輸出濾波電路的第二端口與超高速異步電機或負載設(shè)備連接時，所述儲能變流器的控制方法包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相升壓型高頻儲能變流器，其特征在于，當所述儲能變流器輸出濾波電路的第二端口與高頻交流電網(wǎng)連接時，所述儲能變流器的控制方法包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種單相升壓型高頻儲能變流器，其特征在于，所述儲能變流器的電壓增益g＝uom/uin＝2m，式中，m為儲能變流器的調(diào)制比，m＝urm/ucm＝uom/udc；urm為正弦調(diào)制信號urac的幅值，ucm為三角載波uc的幅值，uom為儲能變流器輸出電壓uo的基波幅值，udc為直流母線電壓udc的平均值，uin為輸入電壓uin的平均值。

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種單相升壓型高頻儲能變流器，其特征在于，所述輸入濾波電感l(wèi)in的電感量如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電氣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單相升壓型高頻儲能變流器及控制方法，其儲能變流器的正極性輸入端與輸入濾波電感的一端、輸入濾波電容的正極相連；儲能變流器的負極性輸入端與輸入濾波電容的負極、第二開關(guān)管的源極、第四開關(guān)管的源極、直流母線電容的負極相連；輸入濾波電感的另一端與第一開關(guān)管的源極和第二開關(guān)管的漏極相連；直流母線電容的正極與第一開關(guān)管的漏極、第三開關(guān)管的漏極相連；儲能變流器與輸出濾波電路相連，輸出濾波電路的第一端口與電網(wǎng)或負載設(shè)備相連，第二端口分別與第三開關(guān)管的源極、第四開關(guān)管的漏極和第一開關(guān)管的源極、第二開關(guān)管的漏極相連。

技術(shù)研發(fā)人員：陳嘉亮,田宇欣,秦嶺,楊毓,錢天泓
受保護的技術(shù)使用者：南通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12