一种三电平能源路由器DCDC零电压开关实现方法与流程

一种三电平能源路由器dcdc零电压开关实现方法
技术领域
1.本发明涉及dcdc零电压开关领域，具体涉及一种三电平能源路由器dcdc零电压开关实现方法。


背景技术：

2.2011年，美国北卡罗来纳大学提出基于freedm(future renewable electric energy deliveryand management)系统的能源互联网结构，freedm系统中智能能量管理设备(intelligent energymanagement，iem)，即由固态变压器构成的能量路由器，实现了交直流电网的系统互联以及潮流的灵活控制。
3.能量路由器概念从提出到现在不到十年时间，近几年对其关注逐渐增多。相关的技术需要不断突破，其中运行稳定性的需求还在不断提高，而通过dcdc零电压开关实现对于整体系统运行的稳定性会产生较大影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种三电平能源路由器dcdc零电压开关实现方法，通过采用三电平单桥逆变，三电平单桥整流拓扑构建dcdc模块，经过飞跃电容、吸收电容和高频电抗器的结合，实现零电压开关，并通过仿真验证有效性。
5.一种三电平能源路由器dcdc零电压开关实现方法，
6.包括dcdc零电压开关电路，所述dcdc零电压开关电路由三电平单桥逆变电路、高频变压器和三电平单桥整流电路组成，所述三电平单桥逆变电路中采用零电压开关；
7.直流侧电压中点与高频变压器原边之间串接有一个高频电抗器lh，其与igbt自身的结电容谐振，且在两个箝位二极管上并联了一个飞跃电容ff，用来将两对开关管开关过程连接起来；
8.在开关管一t7、开关管二t8、开关管三t9和开关管四t10上各并联一个吸收电容fa；
9.所述实现方法是通过采集变换器直流侧输入电压和输出电压，经过pi调节生成脉冲，控制igbt的开断以得到需要的目标直流电压；
10.再采用移向控制，开关管一t7、开关管四t10同开关管二t8、开关管三t9分别成180度互补导通，开关管一t7、开关管四t1分别超前开关管二t8、开关管三t9一个相位，称为移相角，通过增大移相角能够减小输出电压。
11.优选的，高压直流电经过三电平单桥逆变电路调制成高频方波信号，经过高频变压器降压后再经过三电平单桥整流电路整流成低压直流电。
12.优选的，所述移相角的大小决定了加载到高频变压器的方波的占空比，因此也就决定了输出电压的大小。
13.本发明的优点在于：通过采用三电平单桥逆变，三电平单桥整流拓扑构建dcdc模块，经过飞跃电容、吸收电容和高频电抗器的结合，实现零电压开关，并通过仿真验证有效
性。
附图说明
14.图1为本发明的dcdc零电压开关电路原理图；
15.图2为在无飞跃电容时igbt上的电压情况仿真结果示意图；
16.图3为在有飞跃电容时igbt上的电压情况仿真结果示意图；
17.图4为在有飞跃电容和吸收电容时igbt上的电压情况仿真结果示意图；
18.图5为增大高频电抗器后igbt上的电压情况仿真结果示意图；
19.图6为本发明的波形图；
20.图7为程序流程图。
具体实施方式
21.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
22.如图1至图7所示，
23.图1为dcdc拓扑，为三个部分组成：三电平单桥逆变，高频变压器，三电平单桥整流。在三电平单桥逆变中采用零电压开关，减小开关损耗，提高变换器效率。
24.高压直流电经过三电平单桥逆变调制成高频方波信号，经过高频变压器降压后再整流成低压直流电。
25.为实现零电压开关，在直流侧电压中点与高频变压器原边之间串接一个高频电抗器lh，其与igbt自身的结电容谐振。在两个箝位二极管上并联了一个电容(飞跃电容ff)，用来将两对开关管开关过程连接起来。
26.通过采集变换器直流侧输入电压和输出电压，经过pi调节生成脉冲，控制igbt的开断以得到需要的目标直流电压。采用移向控制，开关管t7和t10，t8和t9分别成180度互补导通，t7、t10分别超前t8、t9一个相位，称为移相角。移相角的大小决定了加载到高频变压器的方波的占空比，因此也就决定了输出电压的大小。移相角越大，输出电压越小。
27.具体实施方式及原理：
28.如图2和图3所示，在这里仅以igbt1和igbt4上的电压为例进行说明。图2、3中igbt1上电压和igbt4上电压1.00代表1000伏。仿真中采用的飞跃电容容值为10uf。
29.从图2和图3中可以看出，有飞跃电容存在时，igbt处于关断时其上的电压平稳波动小。无飞跃电容时，igbt上的电压有波动。
30.飞跃电容的作用就是在开关管开关交替瞬间，减小igbt上的电压波动。飞跃电容的容值大小影响电压波动的强弱。
31.如图3和图4所示，在这里采用的吸收电容fa为1uf/1700v，并联在开关管t7和t8，t9和t10上，用以吸收igbt在开断时产生的高频谐波。
32.图3和图4比较可知，在并联上吸收电容之后，ibgt上的电压明显降低，有利于ibgt的开断和减小损耗，但是可以看出零电压开关没有实现。
33.由于并联上了电容，原有的谐振条件已经变化，没有按预期的实现零电压开关。
34.所以，需要增加高频电抗器，从图5可以看出，增大高频电抗器的感抗值后，能够实
现零电压开关。
35.本发明的最终结果过图6所示，有飞跃电容存在时，igbt上的电压波动平稳。有吸收电容存在时，可以降低igbt上电压的幅值。由分析可知，飞跃电容和吸收电容同时使用可以降低igbt上的电压幅值，减小波动。但添加吸收电容后，需要增大高频电抗器的值才能实现零电压开关。如图6所示。
36.如图7所示为程序流程，其中inputudc为输入电压，inputudclimit为输入电压限幅，outputudc为输出电压，outputudclimit为输出电压限幅，delaytime为移相时间，delaytimeminlimit为最小移相时间，delaytimemaxlimit为最大移相时间，delay为延时子程序。
37.基于上述，本发明通过采用三电平单桥逆变，三电平单桥整流拓扑构建dcdc模块，经过飞跃电容、吸收电容和高频电抗器的结合，实现零电压开关，并通过仿真验证有效性。
38.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。


技术特征：
1.一种三电平能源路由器dcdc零电压开关实现方法，其特征在于，包括dcdc零电压开关电路，所述dcdc零电压开关电路由三电平单桥逆变电路、高频变压器和三电平单桥整流电路组成，所述三电平单桥逆变电路中采用零电压开关；直流侧电压中点与高频变压器原边之间串接有一个高频电抗器lh，其与igbt自身的结电容谐振，且在两个箝位二极管上并联了一个飞跃电容ff，用来将两对开关管开关过程连接起来；在开关管一t7、开关管二t8、开关管三t9和开关管四t10上各并联一个吸收电容fa；所述实现方法是通过采集变换器直流侧输入电压和输出电压，经过pi调节生成脉冲，控制igbt的开断以得到需要的目标直流电压；再采用移向控制，开关管一t7、开关管四t10同开关管二t8、开关管三t9分别成180度互补导通，开关管一t7、开关管四t1分别超前开关管二t8、开关管三t9一个相位，称为移相角，通过增大移相角能够减小输出电压。2.根据权利要求1所述的一种三电平能源路由器dcdc零电压开关实现方法，其特征在于：高压直流电经过三电平单桥逆变电路调制成高频方波信号，经过高频变压器降压后再经过三电平单桥整流电路整流成低压直流电。3.根据权利要求1所述的一种三电平能源路由器dcdc零电压开关实现方法，其特征在于：所述移相角的大小决定了加载到高频变压器的方波的占空比，因此也就决定了输出电压的大小。

技术总结
本发明公开一种三电平能源路由器DCDC零电压开关实现方法，涉及DCDC零电压开关领域，包括DCDC零电压开关电路，所述DCDC零电压开关电路由三电平单桥逆变电路、高频变压器和三电平单桥整流电路组成，所述三电平单桥逆变电路中采用零电压开关；通过采用三电平单桥逆变，三电平单桥整流拓扑构建DCDC模块，经过飞跃电容、吸收电容和高频电抗器的结合，实现零电压开关，并通过仿真验证有效性。并通过仿真验证有效性。并通过仿真验证有效性。


技术研发人员：杨倬 范斌涛 代晓辉 魏韡 陈相吾 邵美阳
受保护的技术使用者：陕西能源研究院有限公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/1/21