一种三相模块化两级式交直流功率变换装置及其控制策略

本发明属于电力电子，涉及基于三相交直流功率变换电路，具体涉及一种三相模块化两级式交直流功率变换装置及其控制策略。

背景技术：

1、三相模块化两级式交直流功率变换电路具有模块化程度高、灵活性好、便于后期维护等优点，但也存在共模噪声干扰严重和母线间高频环流大等问题。为了拓展三相模块化两级式功率变换电路在新能源、数据中心、电动车充电桩等场景中的应用，已有研究采用更大体积、更多级数的共模噪声抑制滤波器或通过增加辅助电路的方式来改善共模噪声干扰问题。然而，这些方法要么控制难度大，系统稳定性较差，要么增加了电路成本和体积。因此，如何解决三相模块化两级式交直流功率变换电路的共模噪声干扰和高频环流问题是本领域研究的热点。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种三相两级式模块化单端口输出功率变换装置及其控制策略，能够改善电路的共模噪声干扰和高频环流问题，并可以拓宽输出电压范围。

2、为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案如下：

3、一种三相模块化两级式交直流功率变换装置，包括三组高频桥臂、三组工频桥臂、三个升压电感、三组半桥llc桥臂、三组llc谐振腔、三个高频变压器、三组母线滤波电容、三组半桥整流二极管和一组输出电容；

4、所述的三组高频桥臂、三组半桥llc桥臂和三组工频桥臂均采用全控开关管；每个桥臂上管的漏极与母线滤波电容的正极相连，每个桥臂下管的源极与母线滤波电容负极相连；具体的，所述的三组高频桥臂包括a相高频桥臂、b相高频桥臂、c相高频桥臂，均采用全控开关管；每个桥臂上管的漏极与母线滤波电容的正极相连，每个桥臂下管的源极与母线滤波电容负极相连；

5、所述的三组半桥llc桥臂包括a相半桥llc桥臂、b相半桥llc桥臂、c相半桥llc桥臂，均采用全控开关管；每个桥臂上管的漏极与母线滤波电容的正极相连，每个桥臂下管的源极与母线滤波电容负极相连；

6、所述的三组工频桥臂包括a相工频桥臂、b相工频桥臂、c相工频桥臂，均采用全控开关管；所述的a相工频桥臂、b相工频桥臂、c相工频桥臂的中点分别与三相交流电源的一端连接，每个桥臂上管的漏极与母线滤波电容的正极相连，每个桥臂下管的源极与母线滤波电容负极相连；

7、三组母线滤波电容的正极与母线的正端相连，相反，三组母线滤波电容的负极与母线的负端相连；

8、所述的三个升压电感的每一相升压电感的一端与对应的高频桥臂中点相连，另一端短接形成星型连接；具体的，所述的三个升压电感包括a相升压电感、b相升压电感和c相升压电感；a相升压电感的一端与a相高频桥臂中点相连；b相升压电感的一端与b相高频桥臂中点相连；c相升压电感的一端与c相高频桥臂中点相连；a相升压电感、b相升压电感和c相升压电感的另一端短接形成星型连接；

9、所述的三组半桥llc谐振腔的每一相都由谐振电感、谐振电容和变压器原边串联组成；所述的谐振电感的一端连接半桥llc桥臂的中点，另一端连接母线的负端；

10、所述的三组半桥整流二极管由三个二极管桥臂组成，每组二极管桥臂上管的阴极都接在输出端的正极，每组二极管桥臂下管的阳极都接在输出端的负极；

11、所述三个高频变压器的每一相高频变压器副边上端均连接对应的半桥整流二极管的中点，每一相高频变压器副边的下端则连接到一起，形成星型连接；

12、所述的一组输出滤波电容的两端并联在输出电阻负载的两端。

13、进一步地，所述的三组母线滤波电容包括母线滤波电容c1、母线滤波电容c2、母线滤波电容c3，其中，母线滤波电容c1与a相高频桥臂、a相半桥llc桥臂、a相工频桥臂并联；母线滤波电容c2与b相高频桥臂、b相半桥llc桥臂、b相工频桥臂并联；母线滤波电容c3与c相高频桥臂、c相半桥llc桥臂、c相工频桥臂并联。

14、进一步地，所述的三组半桥整流二极管包括a半桥整流二极管、b半桥整流二极管和c半桥整流二极管；三个高频变压器由a相高频变压器、b相高频变压器、c相高频变压器组成；所述的a相高频变压器副边上端连接a相半桥整流二极管a相的中点，b相高频变压器副边上端连接b相半桥整流二极管的中点,c相高频变压器副边上端连接c相半桥整流二极管的中点；a相高频变压器、b相高频变压器、c相高频变压器副边的下端则连接到一起，形成星型连接。

15、进一步地，所述的全控开关管选用s i mosfet管、s i c mosfet管、i gbt管和gan管中任意一种；所述的二极管桥臂中的二极管选用超快恢复型二极管和碳化硅肖特基二极管任意一种。

16、本发明还提供了上述的一种三相模块化两级式交直流功率变换装置的控制策略，包含了基于三相坐标变换的电流环控制、自适应母线电压环控制和输出电压环控制，包括以下步骤：

17、步骤1、采集流经a相、b相、c相升压电感的电流i la、i lb、i lc，三个母线滤波电容c1、c2、c3两端的电压值vo1、vo2、vo3，变换装置输出电压vout以及三相交流电压ua、ub、uc；

18、步骤2、通过监测三相母线电压的最高幅值和最低幅值，与母线电压最高幅值指令450v和最低幅值指令290v进行比较并通过p i调节形成母线参考电压偏差量δv；

19、将母线参考电压偏差量δv与母线初始参考电压nt*vreo叠加并限幅后生成母线参考电压vre；

20、将母线参考电压vre分别减去三个输出电压值vo1、vo2、vo3，然后将计算结果通过p i调节器，得到参考电感电流信号i re；

21、步骤3、根据三相交流电源ua、ub、uc提取相位pha、phb、phc，作为坐标变换的参考相位，并将电流i la、i lb、i lc通过abc/dq变换转换为i d和i q两个分量；

22、步骤4、将步骤2得到的参考电感电流信号i re减去i d、0减去i q，然后将计算结果通过pi调节器，得到dq坐标下的调制波信号vmd和vmq；

23、步骤5、将得到的dq坐标下的调制波信号vmd和vmq通过abc/dq逆变换得到abc坐标下的调制波信号vma、vmb、vmc；

24、步骤6、将调制波信号vma、vmb、vmc通过dpwm调制，输出调制波信号vma1、vmb1、vmc1；

25、步骤7、将调制波信号vma1、vmb1、vmc1与设定的三角载波进行比较，得到各个桥臂的开关控制信号；

26、步骤8、输出参考电压vreo减去输出电压值vout，然后将计算结果通过p i调节器和脉冲频率调制生成器，得到llc各个桥臂的开关控制信号。

27、进一步地，所述步骤3中，通过abc/dq坐标变换将电流i la、i lb、i lc转换为i d和i q两个分量。

28、进一步地，所述三角载波为相位、峰值与峰峰值均相等的三角波或锯齿波。

29、本发明具有以下的特点和有益效果：

30、1、三相交流电源与工频桥臂中点相连接，这种结构有效抑制了三相交直流变换电路的共模噪声以及母线之间的高频环流，进而减小了共模滤波器的体积。

31、2、前级模块化功率因数校正电路效率高，同时可以调节母线电压，让llc基本工作在谐振频率附近，提高了系统效率，拓宽了输出电压范围。