四象限变流器的一种准降压式新型拓扑

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1、第28卷第6期中国电机工程学报Vol.28No.6Feb.25,2008742008年2月25日ProceedingsoftheCSEE©2008Chin.Soc.forElec.Eng.文章编号：0258-8013(2008)06-0074-05中图分类号：TM461文献标识码：A学科分类号：470⋅40四象限变流器的一种准降压式新型拓扑张加胜，潘大伟（中国石油大学信息与控制工程学院，山东省东营市257061）ANewTypeQuasi-BuckTopologyof4-QuadrantConvertersZHANG

2、Jia-sheng,PANDa-wei(CollegeofInformationandControlEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Dongying257061,ShandongProvince,China)ABSTRACT:Inviewofthedrawbackoftraditionalbridge了建模和稳态理论分析，通过Matlab数字仿真与样4-quadrantconverterswhichneedhigherdc-sideoperating机实验证实了该变流器拓

3、扑、SSA模型及理论分析voltage,anewtypequasi-bucktopologyofconvertersis结果的正确性。proposedwhosedc-sidevoltageisreducedbyapproaching50%,thusappropriateforlowervoltageapplications.Thispaper1拓扑变换及原理分析presentsthemodelingwiththestatespaceaveragingmethod,传统的单相和三相桥式4QC均可视作由图1(a)ands

4、teadystatetheoreticalanalysesoftheconverter.The[4-5]所示半桥单元组合而成，尽管这种半桥式拓扑单validityofthetopologyanditsmodelalongwiththetheoryis元应用颇为广范，然而，其升压式(boost)工作机理confirmedbybothMatlabnumericalsimulationsandexperimentalresults.决定了直流侧电压Ud必须高于交流侧电压峰−峰[2,6]值，若不降低交流电压，无法适应直流侧电

5、压较KEYWORDS:topologyconversion;quasi-buckconverter;低的负载要求。出于实际应用的需要，在科研实践modeling;steadystateanalysis中曾将负载由直流侧正负对称输出端ud改接到其中摘要：针对传统的桥式四象限变流器直流侧工作电压要求较的上半边u1，即采用直流侧非对称输出方式，结果高的缺点，提出一种准降压式新型四象限变流器拓扑，其直导致u1、u2波形相去甚远,电路无法正常工作。原因流侧工作电压下限值比桥式拓扑降低近一半，适用于直流电压较低的应用场合。该文运

6、用状态空间平均法对这种新型拓很显然，u1端负载的直流分量必然流经电源es，形扑进行建模和稳态理论分析。Matlab数字仿真与样机实验结成唯一的直流通路，从而使is的平均值不为零，这果证实了该拓扑、模型及理论分析的正确性。违背了四象限变流器的根本作用，除非在u2端接入完全相同的负载，构成另一直流回路，将is直流分关键词：拓扑变换；准降压式变流器；建模；稳态分析量平衡掉。针对这一实际问题，考虑在将负载RL改0引言接为与电容C1并联的同时，为了使交流侧电流iS的四象限变流器(4-quadrantconverter,4QC)

7、在实平均值仍保持为零，将电容C2与功率开关S2按照原现PWM可逆整流、电力有源滤波和太阳能、风能并极性调换位置，得图1(b)所示拓扑结构。此电路与[1]网发电等方面都具有广泛应用。目前，就4QC的图1(a)相比，工作原理没有本质上的改变，但是半拓扑结构而言，尤其以桥式电压型电路拓扑的应用桥已不复存在，原来的ud已被拆为两半，各置一边，最为广泛，然而，其升压式工作机理决定了该变流然而u1、u2依旧存在。可以想象，若u1、u2的直流平[2-3]器对直流侧工作电压要求较高，这在很大程度上均值U1、U2保持相等，并对S1、S

8、2施加如同半桥式限制了其应用范围。本文对传统的桥式拓扑结构加结构一样的PWM控制，则两拓扑的K点将具有相同以改进，提出了一种准降压式新型4QC拓扑，其直的PWM波形。且不说此电路比半桥式结构对正负贯流侧工作电压下限值降低近一半，并运用状态空间通短路更易于避免和保护，特别需要指出的是，其平均(statespaceaveraging,SSA)方法对