【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于dc-ac變換器，涉及一種單級電流饋電型雙向dc-ac變換器及其定頻控制方法。
技術介紹
1、小型dc-ac變換器提供了一個從低壓直流電壓(等級在20v-60v間)到電網電壓(220vac)的連接方式，被廣泛需求于光伏微型逆變器，車載電池充電器(60v以下)，ups(不間斷)電源系統和家庭戶外應急電源等多種場合中。為了給個人用戶提供足夠的安全性，這一類dc-ac變換器中需要進行電氣隔離。由于dc-ac變換器需要同時具有升壓和dc-ac轉換功能，所以在早期的方案中多采用兩級轉換架構。這一架構類似于非隔離組串逆變器方案，不同之處在于非隔離boost變換器被隔離型dc-dc變換器替代(如llc、dab)變換器。現有技術中dc-ac變換器的架構方案分類如圖1所示。
2、準單級架構是在兩級結構的基礎上，通過隔離dc-dc的正弦輸出電壓控制實現無高壓直流母線的dc-ac轉換。單級架構則是目前研究的重點。早期的微型逆變器方案中廣泛使用的是反激型單級dc/ac拓撲。但因為其變壓器利用率較低，其功率等級無法滿足現有單塊光伏板的需求(400w以上)。加之戶用分布式儲能系統和車載充電器這一類應用需要雙向地實現電池到電網的dc-ac和電網到電池的ac-dc功率傳輸。所以具備雙向功率流動能力的單級高頻交流鏈式方案開始成為主流研究和產品中選擇的方案。其特征是在高頻變壓器上通過高頻交流電壓方波的相位差傳遞能量。具體是在dab變換器的基礎上通過在交流側全橋的使用雙向開關實現ac工況應用。
3、在低壓直流輸入下，交流側結構簡
4、然而，現有技術中的dc-ac變換器具有以下缺陷：
5、1、兩級型方案雖然技術成熟且控制簡單，但有著電路結構復雜，成本高，在功率密度和效率上存在較低上限的缺點。
6、2、準單級方案因為高頻開關器件數量和解耦電容的減少，因此在效率和成本上較前者有一定優化。但未曾減少的器件數量使變換器的功率密度較兩級方案沒有明顯優勢。而且，和單級方案相同的寬電壓增益運行范圍使其在實現難度上較兩級型方案顯著提升。
7、3、單級方案(反激式)，雖然結構簡單且成本低廉，但因為其受限于非全對稱的變壓器結構和突出的高電壓電流應力問題，功率等級已不能滿足目前的要求。且雙向功率流動無法在此技術方案中實現，意味著它的應用范圍僅限于光伏微型逆變器等單向dc-ac轉換場景。
8、4、以周波變換器型交流全橋(總12器件)為特征的高頻交流鏈式方案器件數量過多，面臨準單級方案一樣的困境。并且對于低壓場景，成本過高，控制復雜。
9、5、以移相調制實現功率實時控制的雙有源橋(dab)方案(總8器件)目前以電壓饋電式dab電路拓撲為主。然而，從0開始工頻周期性變化的dab電壓增益使變換器的控制變得困難。除此之外，電壓饋電式dab方案在直流側具有不連續的輸入電流和較窄的電壓范圍——在光伏板或電池連接時是一個不利因素。
10、因此，需要一種電路拓撲簡單、控制方案簡單、軟開關工作范圍更寬的dc-ac變換器及其控制方法解決上述技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于針對現有技術問題，提出的電流饋電式dab方案。本專利技術中的拓撲結構在直流側使用了兩個獨立半橋而非全橋以避免在提出的定頻高線性控制策略下在直流輸入側造成循環電流。本專利技術方案能實現極高的直流側電壓應用范圍，2倍于電壓饋電式方案。
2、本專利技術解決技術問題所采取的技術方案是：一種單級電流饋電型雙向dc-ac變換器，包括：
3、直流側，直流側的輸入端連接至直流母線vdc；直流側由兩個帶電感的boost半橋組成；boost半橋包括：第一路直流側半橋、第二路直流側半橋；
4、交流側，交流側的輸出端連接至交流母線vac；交流側由交流側半橋和交流側濾波器組成；交流側半橋包括：交流側雙向半橋；
5、變壓器，其一次側連接至直流側的輸出端，其二次側連接至交流側的輸入端；變壓器為高頻變壓器，變壓器的變比為1：n；
6、控制裝置，控制裝置用于控制直流側和交流側以跨導gm描述電路的功率傳輸特性，將交流側電流控制以前饋的方法實現；控制裝置的控制采樣信號包括：直流側端口電壓、直流側電感電流、交流側端口電流和端口電壓。
7、優選的，所述直流側包括：開關晶體管q1～q4、電感ldc1和ldc2、輸出電容cdc1和cdc2，電感ldc1為第一路直流側濾波電感，電感ldc2為第二路直流側濾波電感，第一路直流側半橋由開關晶體管q1、q2組成、第二路直流側半橋由開關晶體管q3、q4組成，輸出電容cdc1為第一路直流側鉗位電容，輸出電容cdc2為第二路直流側鉗位電容，直流側的連接方式為：直流母線vdc的正極輸入端子連接至電感ldc1和ldc2的輸入端，電感ldc1的輸出端連接所述變壓器一次側的一端，變壓器一次側的另一端連接至電感ldc2的輸出端；開關晶體管q1、q2串聯后分別連接至輸出電容cdc1的兩端，開關晶體管q1、q2的連接節點連接至電感ldc1的輸出端；開關晶體管q3、q4串聯后分別連接至輸出電容cdc2的兩端，開關晶體管q3、q4的連接節點連接至電感ldc2的輸出端；輸出電容cdc1和cdc2的負極連接至直流母線vdc的負極；
8、交流側包括：開關晶體管s1～s4、電感lac和llk、串聯電容cac1和cac2，電感lac為交流側濾波電感，電感llk為變壓器級聯電感，電容cac1和cac2為交流側串聯電容，交流側雙向半橋由開關晶體管s1～s4組成；交流側的連接方式為：交流母線vac的正極輸入端子依序串聯電感lac、串聯電容cac1、串聯電容cac2后連接至交流母線vac的負極輸入端子；開關晶體管s1～s4依序串聯后兩端分別連接至電感lac與串聯電容cac1的連接節點、交流母線vac的負極輸入端子；開關晶體管s2與開關晶體管s4的連接節點串聯電感llk后連接至變壓器二次側的一端，變壓器二次側的另一端連接至串聯電容cac1和cac2的連接節點；混合頻率段濾波器電路濾除直流、100hz和200khz以上的頻率分量。
9、本專利技術還公開一種單級電流饋電型雙向dc-ac變換器的定頻控制方法，該控制方法用于控制上述的dc-ac變換器，控制方法包括：將變換器以直流側占空比d和相移比例φ劃分為8個區域并主要運行在位于ii區域和iv區域的線性正向最大功率輸出軌跡上；控制量關系表達為：
10、
11、式(4)中，d表示直流側器件開通占空比，φ表示移相角度比例。
12、優選的，將變換器以直流側占空比d和相移比例φ劃分為8個區域并完整運行在位于ii，iii和iv區域的連續雙向軌跡上，以基于最小占空比dmin的移相控制模式作為pwm模式在低功率傳輸時的替代，提升低功率控制精度。
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【技術保護點】
1.一種單級電流饋電型雙向DC-AC變換器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種單級電流饋電型雙向DC-AC變換器，其特征在于，所述直流側包括：開關晶體管Q1～Q4、電感Ldc1(11)和Ldc2(12)、輸出電容Cdc1(31)和Cdc2(32)，所述直流側的連接方式為：直流母線vdc的正極輸入端子連接至電感Ldc1(11)和Ldc2(12)的輸入端，電感Ldc1(11)的輸出端連接至所述變壓器(4)一次側的一端，所述變壓器(4)一次側的另一端連接至電感Ldc2(12)的輸出端；開關晶體管Q1、Q2串聯后分別連接至輸出電容Cdc1(31)的兩端，開關晶體管Q1、Q2的連接節點連接至電感Ldc1(11)的輸出端；開關晶體管Q3、Q4串聯后分別連接至輸出電容Cdc2(32)的兩端，開關晶體管Q3、Q4的連接節點連接至電感Ldc2(12)的輸出端；輸出電容Cdc1(31)和Cdc2(32)的負極連接至直流母線vdc的負極；
3.一種單級電流饋電型雙向DC-AC變換器的定頻控制方法，其特征在于，所述定頻控制方法用于控制權利要求1或2中任一權利要求所述
4.根據權利要求3所述的一種單級電流饋電型雙向DC-AC變換器的定頻控制方法，其特征在于，將所述變換器以直流側占空比D和相移比例φ劃分為8個區域并完整運行在位于II，III和IV區域的連續雙向軌跡上，以基于最小占空比Dmin的移相控制模式作為PWM模式在低功率傳輸時的替代，提升低功率控制精度。
5.根據權利要求4所述的一種單級電流饋電型雙向DC-AC變換器的定頻控制方法，其特征在于，所述控制方法中用跨導Gm描述的寬直流側電壓范圍內的完整且唯一的控制軌跡表述為：
6.根據權利要求5所述的一種單級電流饋電型雙向DC-AC變換器的定頻控制方法，其特征在于，所述控制方法中變換器以Gm控制軌跡為核心實現前饋反饋結合的AC電流控制環，具體包括以下步驟：
7.根據權利要求3所述的一種單級電流饋電型雙向DC-AC變換器的定頻控制方法，其特征在于，所述控制方法采用特定頻率段內生效的針對直流側電流iLdc的比例控制環節，以抑制可能的LC諧振現象。
...【技術特征摘要】
1.一種單級電流饋電型雙向dc-ac變換器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種單級電流饋電型雙向dc-ac變換器，其特征在于，所述直流側包括：開關晶體管q1～q4、電感ldc1(11)和ldc2(12)、輸出電容cdc1(31)和cdc2(32)，所述直流側的連接方式為：直流母線vdc的正極輸入端子連接至電感ldc1(11)和ldc2(12)的輸入端，電感ldc1(11)的輸出端連接至所述變壓器(4)一次側的一端，所述變壓器(4)一次側的另一端連接至電感ldc2(12)的輸出端；開關晶體管q1、q2串聯后分別連接至輸出電容cdc1(31)的兩端，開關晶體管q1、q2的連接節點連接至電感ldc1(11)的輸出端；開關晶體管q3、q4串聯后分別連接至輸出電容cdc2(32)的兩端，開關晶體管q3、q4的連接節點連接至電感ldc2(12)的輸出端；輸出電容cdc1(31)和cdc2(32)的負極連接至直流母線vdc的負極；
3.一種單級電流饋電型雙向dc-ac變換器的定頻控制方法，其特征在于，所述定頻控制方法用于控制權利要求1或2中任一權利要求所述的dc-ac變換器，所述控制方法...
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