一种电能转换系统及其控制方法

本发明涉及电能转换系统，具体的涉及一种电能转换系统及其控制方法。

背景技术：

1、为了减缓全球变暖的趋势，发展可持续再生能源是很有必要的。与其它可再生能源相比，海浪能（潮汐能）具有能量密度高、持续性等优势。在这种背景下，一些海洋大国开始致力于研发海浪能发电电能转换系统。海浪发电电能转换系统通过将海浪能转化为机械能，再将机械能转化为电能，为直流母线提供电压。由于海浪发电电能转换系统依赖于风浪的情况，其波动性较大，遇到风平浪静或过大的海浪，都会影响其输出电压，采用普通的不控整流由于直流侧电压变化较大不易后级电路控制。并且，由于技术不成熟，这些装备会产生较大的回流功率，导致输电过程中损耗较大、效率较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电能转换系统及其调制方法，实现单位功率因数运行，消除回流功率，减少损耗，极大地提高了系统的输电效率。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：

3、一种电能转换系统，包括发电装置、低频整流桥模块、高频逆变桥模块、高频变压器、高频整流桥模块和直流母线；所述低频整流桥模块输入端连接发电装置，输出端连接高频逆变器模块，通过低频整流桥模块将发电装置输出的220v交流电压整流成220v直流电压；所述高频逆变桥模块输出端连接高频变压器原边；所述高频整流桥模块输入端连接高频变压器副边，输出端连接直流母线，为直流母线提供稳定的直流电压。

4、优选的技术方案中，所述高频逆变桥模块包括开关管，所述开关管构成全桥逆变电路，所述全桥逆变电路的输入端连接滤波电容，滤波电容用于滤除电压中的交流成分，全桥逆变电路的第一连接点连接第一谐振电容，所述第一谐振电容另一端连接于所述高频变压器原边，所述高频变压器原边还连接全桥逆变电路的第二连接点。

5、优选的技术方案中，所述高频整流桥模块包括开关管、开关管、第一输出电容和第二输出电容，所述开关管、开关管、第一输出电容和第二输出电容构成半桥整流电路，所述高频整流桥模块还包括第二谐振电容，所述第二谐振电容一端连接于所述高频变压器副边，另一端连接于所述半桥整流电路的第一连接点，所述高频变压器副边还连接半桥整流电路的第二连接点。

6、优选的技术方案中，还包括对谐振电流的相位进行调整：将原边谐振电流过零点调整在处，副边谐振电流过零点调整在处，从而使得谐振电流与电压基波同相位，即满足以下条件：时，实现零回流功率、单位功率因数运行。

7、本发明又公开了一种电能转换系统的控制方法，包括上述的电能转换系统，控制方法包括以下步骤：

8、s01：将高频逆变桥中的开关管和开关管、开关管和开关管互补导通，且开关管占空比为0.5；所述开关管滞后开关管相位，产生脉冲宽度为的高频交流电压；

9、s02：将高频整流桥中的开关管和开关管互补导通，且开关管和开关管占空比为0.5；开关管超前开关管相位，产生一个超前原边中点高频交流电压基波相位的高频交流电压；

10、s03：对谐振电流的相位进行调整：将原边谐振电流过零点调整在处，副边谐振电流过零点调整在处，从而使得谐振电流与电压基波同相位，即满足以下条件：时，实现零回流功率、单位功率因数运行。

11、优选的技术方案中，原边谐振电流和副边谐振电流的计算方法包括：

12、得到高频逆变桥模块、高频变压器以及高频整流桥模块在相量域下的等效电路，根据kcl和kvl定律，得到：

13、

14、

15、其中，是原边中点高频交流电压的相量表达形式，是副边中点高频交流电压转换到原边的相量表达形式，为原边谐振电流的相量形式，为副边的谐振电流转换到原边的相量形式，为开关角频率，是转换到原边的变量，是原边的谐振电容，为原边的谐振电感，为原边的励磁电感；

16、当电路谐振运行时，开关频率等于谐振角频率，原边的谐振角频率，副边的谐振角频率，其中，，上述表达式化简为：

17、

18、

19、采用基波分析法进行稳态分析，和副边的基波电压的相量表达形式为：

20、

21、

22、进一步得到原边的谐振电流的相量形式，副边的谐振电流的相量形式：

23、

24、

25、其中，、为峰值电流，、是相角。

26、优选的技术方案中，还包括：

27、计算得到输出功率：

28、

29、其中，表示最大输出功率，，为原副边的匝数比，和分别是输入电压和输出电压，输出功率的标幺值，由于的范围是，因此输出功率标幺值的范围是0%~100%。

30、本发明又公开了一种电能转换系统的控制系统，包括上述的电能转换系统，控制系统包括：

31、高频逆变桥电压波形调节模块，将高频逆变桥中的开关管和开关管、开关管和开关管互补导通，且开关管占空比为0.5；所述开关管滞后开关管相位，产生脉冲宽度为的高频交流电压；

32、高频整流桥电压波形调节模块，将高频整流桥中的开关管和开关管互补导通，且开关管和开关管占空比为0.5；开关管超前开关管相位，产生一个超前原边中点高频交流电压基波相位的高频交流电压；

33、谐振电流相位调节模块，对谐振电流的相位进行调整：将原边谐振电流过零点调整在处，副边谐振电流过零点调整在处，从而使得谐振电流与电压基波同相位，即满足以下条件：时，实现零回流功率、单位功率因数运行。

34、本发明又公开了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的电能转换系统的控制方法。

35、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

36、1、本发明提出了一种新型海浪发电电能转换系统，仅有6个可控开关管，减少了开关管的数目。

37、2、谐振网络简单，谐振元件数目少，仅需两侧的谐振电容无需谐振电感，减小变换器体积，有效地降低了成本。

38、3、双侧均能够实现单位功率因数运行，消除了回流功率，减少了损耗，极大地提高了系统的输电效率。

技术特征：

1.一种电能转换系统，其特征在于，包括发电装置、低频整流桥模块、高频逆变桥模块、高频变压器、高频整流桥模块和直流母线；所述低频整流桥模块输入端连接发电装置，输出端连接高频逆变器模块，通过低频整流桥模块将发电装置输出的220v交流电压整流成220v直流电压；所述高频逆变桥模块输出端连接高频变压器原边；所述高频整流桥模块输入端连接高频变压器副边，输出端连接直流母线，为直流母线提供稳定的直流电压。

2.根据权利要求1所述的电能转换系统，其特征在于，所述高频逆变桥模块包括开关管，所述开关管构成全桥逆变电路，所述全桥逆变电路的输入端连接滤波电容，滤波电容用于滤除电压中的交流成分，全桥逆变电路的第一连接点连接第一谐振电容，所述第一谐振电容另一端连接于所述高频变压器原边，所述高频变压器原边还连接全桥逆变电路的第二连接点。

3.根据权利要求2所述的电能转换系统，其特征在于，所述高频整流桥模块包括开关管、开关管、第一输出电容和第二输出电容，所述开关管、开关管、第一输出电容和第二输出电容构成半桥整流电路，所述高频整流桥模块还包括第二谐振电容，所述第二谐振电容一端连接于所述高频变压器副边，另一端连接于所述半桥整流电路的第一连接点，所述高频变压器副边还连接半桥整流电路的第二连接点。

4.根据权利要求1所述的电能转换系统，其特征在于，还包括对谐振电流的相位进行调整：将原边谐振电流过零点调整在处，副边谐振电流过零点调整在处，从而使得谐振电流与电压基波同相位，即满足以下条件：时，实现零回流功率、单位功率因数运行。

5.一种电能转换系统的控制方法，其特征在于，包括权利要求3所述的电能转换系统，控制方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的电能转换系统的控制方法，其特征在于，原边谐振电流和副边谐振电流的计算方法包括：

7.根据权利要求6所述的电能转换系统的控制方法，其特征在于，还包括：

8.一种电能转换系统的控制系统，其特征在于，包括权利要求3所述的电能转换系统，控制系统包括：

9.根据权利要求8所述的电能转换系统的控制系统，其特征在于，原边谐振电流和副边谐振电流的计算方法包括：

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现权利要求5-7任一项所述的电能转换系统的控制方法。

技术总结
本发明公开了一种电能转换系统及其控制方法，包括发电装置、低频整流桥模块、高频逆变桥模块、高频变压器、高频整流桥模块和直流母线；所述低频整流桥模块输入端连接发电装置，输出端连接高频逆变器模块，通过低频整流桥模块将发电装置输出的220V交流电压整流成220V直流电压；所述高频逆变桥模块输出端连接高频变压器原边；所述高频整流桥模块输入端连接高频变压器副边，输出端连接直流母线，为直流母线提供稳定的直流电压。可以实现零回流功率、单位功率因数运行，极大地提高系统的输电效率。

技术研发人员：胡松,秦俊杰,李晓东,陈武,杨勇,文辉清
受保护的技术使用者：常熟理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15