一种具有可控直流母线短路电流的AC/DC变流器

本发明涉及电力电子，特别涉及一种具有可控直流母线短路电流的ac/dc变流器。

背景技术：

1、在交直流混合配电网中，单相ac/dc变流器在维持交流电网和直流电网能量平衡方面起到至关重要的作用。但是，单相ac/dc变流器交流侧与直流侧存在瞬时功率不平衡的问题，这将在直流侧引入二倍频谐波分量。

2、在现有技术中，工业界通常采用在直流侧直接并联大电解电容来吸收二次纹波功率，如图1所示。然而，在直流微网应用中，当直流短路故障发生时，该大容量电解电容会产生不可控短路电流，这不仅缩短电容使用寿命而且对直流微网的分级保护设计带来困难。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明采用拆分平波电容的方法来解决不可控短路电流的问题。将原有大容量电解电容拆分为一个大容量电容和一个小容量电容。本发明为非隔离ac/dc变流器，电感利用率高，损耗低且结构简单。

2、为了达到上述目的，本发明提出了一种具有可控直流母线短路电流的ac/dc变流器，具体包括变流电路001、检测电路002、控制电路003、直流负载r、滤波电容cf以及第二电感lg；

3、所述变流电路001包括第一功率开关s1、第二功率开关s2、第三功率开关s3、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第一电感l、第一平波电容c1以及第二平波电容c2；所述第一功率开关s1一端与所述第三功率开关s3一端、所述第二电感lg一端、所述滤波电容cf一端连接，所述第二电感lg另一端与低压电网交流电源连接，所述滤波电容cf另一端接地，所述第一功率开关s1另一端与所述第一电感l一端、所述第一二极管d1阴极连接，所述第一二极管d1阳极接地，所述第一电感l另一端与所述第二二极管d2阳极、所述第二功率开关s2一端、所述第三功率开关s3另一端连接，所述第二二极管d2阴极与所述第一平波电容c1一端、所述第二平波电容c2一端、所述直流负载r一端连接，所述第二功率开关s2另一端与所述第一平波电容c1另一端、所述第三二极管d3阳极连接，所述第三二极管d3阴极接地，所述第二平波电容c2另一端、所述直流负载r另一端接地；

4、所述检测电路002用于检测所述变流电路001中输出直流电压vo、所述第一平波电容电压vc、电网交流电压vg以及所述第一电感电流il，并反馈给所述控制电路003；

5、所述控制电路003用于根据检测的输出直流电压vo、第一平波电容电压vc、电网交流电压vg以及第一电感电流il转换成控制信号，并根据所述控制信号生成开关驱动信号给所述第一功率开关至第三功率开关的受控端，以控制所述变流电路001。

6、进一步的，所述检测电路002中输出直流电压vo为所述变流电路001中的直流输出电压；所述第一平波电容电压vc为所述变流电路001中第一平波电容c1两端的电压；所述电网交流电压vg为所述低压电网交流电源的电压；所述第一电感电流il为所述变流电路001中第一电感l的电流。

7、进一步的，所述控制电路003根据检测的输出直流电压vo、第一平波电容电压vc、电网交流电压vg以及第一电感电流il转换成控制信号具体为：

8、根据所述电网交流电压vg获取交流侧相位信息的绝对值|sin(wt)|，将给定输出直流电压参考voref与所述输出直流电压vo作差，差值经过第一电压环控制器放大并与所述交流侧相位信息的绝对值|sin(wt)|相乘生成交流正半周入网电流参考信号igref，将所述交流正半周入网电流参考信号igref与所述电网交流电压的绝对值|vg|相乘，乘积除以所述输出直流电压vo，商与所述交流正半周入网电流参考信号igref相加得到第一电感电流参考信号ilref，所述第一电感电流参考信号ilref与所述第一电感电流il作差，差值经过第二电流环控制器放大作为第一电感电流控制信号；

9、将给定第一平波电容电压参考值vcref与所述第一平波电容电压vc作差，差值经过第三电压环控制器放大作为直流控制信号。

10、进一步的，根据所述控制信号生成开关驱动信号给所述第一功率开关至第三功率开关的受控端具体为：

11、当所述电网交流电压信号vg大于零且所述电网交流电压信号vg小于所述输出直流电压信号vo时，所述第一电感电流控制信号经pwm调制，生成的驱动信号驱动所述第一功率开关s1；

12、当所述电网交流电压信号vg大于零且所述电网交流电压信号vg大于所述直流电压信号vo时，所述第一电感电流控制信号经pwm调制，生成的驱动信号驱动所述第一功率开关s1以及第二功率开关s2；

13、当所述电网交流电压信号vg小于零时，所述第一电感电流控制信号经pwm调制，生成的驱动信号驱动所述第三功率开关s3；

14、当所述电网交流电压信号vg大于零且所述电网交流电压信号vg大于所述直流电压信号vo时，所述直流控制信号不起作用，反之，所述直流控制信号经pwm调制，生成的驱动信号驱动所述第二功率开关s2。

15、进一步的，所述第一功率开关s1、第二功率开关s2和第三功率开关s3均为逆阻型绝缘栅双极型晶体管。

16、本发明的有益效果：

17、本发明提供的具有可控直流母线短路电流的ac/dc变流器采用拆分平波电容的方法能够有效地限制不可控直流短路电流，结构简单，且直流电感利用率高，体积小，成本低，效率高。

技术特征：

1.一种具有可控直流母线短路电流的ac/dc变流器，其特征在于，包括：变流电路001、检测电路002、控制电路003、直流负载r、滤波电容cf以及第二电感lg；

2.根据权利要求1所述的用于限制直流短路电流的ac/dc变流器，其特征在于：所述检测电路002中输出直流电压vo为所述变流电路001中的直流输出电压；所述第一平波电容电压vc为所述变流电路001中第一平波电容c1两端的电压；所述电网交流电压vg为所述低压电网交流电源的电压；所述第一电感电流il为所述变流电路001中第一电感l的电流。

3.根据权利要求1所述的适用于直流微网具有可控直流母线短路电流的ac/dc变流器，其特征在于，所述控制电路003根据检测的输出直流电压vo、第一平波电容电压vc、电网交流电压vg以及第一电感电流il转换成控制信号具体为：

4.根据权利要求3所述的适用于直流微网具有可控直流母线短路电流的ac/dc变流器，其特征在于：根据所述控制信号生成开关驱动信号给所述第一功率开关至第三功率开关的受控端具体为：

5.根据权利要求1所述的适用于直流微网具有可控直流母线短路电流的ac/dc变流器，其特征在于：所述第一功率开关s1、第二功率开关s2和第三功率开关s3均为逆阻型绝缘栅双极型晶体管。

技术总结
本发明公开了一种具有可控直流母线短路电流的AC/DC变流器，属于电力电子技术领域。该AC/DC变流器包括：变流电路、检测电路、控制电路、直流负载、滤波电容以及第二电感；变流电路包括第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电感、第一平波电容及第二平波电容；检测电路用于检测变流电路中输出直流电压、第一平波电容电压、电网交流电压及第一电感电流，并反馈给控制电路；控制电路根据检测电路的反馈发送开关控制信号给第一功率开关至第三功率开关。本发明提供的AC/DC变流器结构简单，采用拆分平波电容的方法有效地限制不可控直流短路电流，且本发明中直流电感利用率高，体积小，成本低。

技术研发人员：吴卫民,蒋润辉,安丽琼
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16