Асимметричный согласующий DC/DC преобразователь для систем электроснабжения с накопителями электрической энергии

Abstract

В статье описывается новая топология и алгоритм управления ключами обратимого двухзвенного преобразователя постоянного напряжения с трансформаторной развязкой. Высоковольтное первичное звено содержит входной дроссель и является инвертором тока, низковольтное – инвертором напряжения с нагрузкой – батарейной системой накопления энергии или аккумуляторной батареей. Схема коммутатора ИТ – мостовая, ключи анодной группы – двухквадрантные без обратной блокирующей способности (IGBT с обратным диодом), ключи катодной группы – четырехквадрантные (встречно-последовательно соединенные IGBT с обратным диодом). Для режима передачи энергии от инвертора напряжения к инвертору тока описан алгоритм управления ключами (алгоритм разделенной коммутации), обеспечивающий включение в нулях напряжения и емкостное снабберное выключение ключей инвертора напряжения и выключение в нулях тока и индуктивное снабберное включение ключей инвертора тока.

As a part of a modern power supply systems using direct current lines (for example, a railway), it is desirable to have buffer storage of electricity, as a rule, battery energy storage systems (BESS). The battery energy storage system can store electric energy in the regenerative braking of the rolling stock and return it to the supply contact network during its acceleration. Buffer properties of BESS allow, in addition to an obvious increase the system efficiency, also provide sufficient rigidity of the contact network voltage. BESS is connected to the contact network through a matching converter, which provides galvanic isolation and matching of voltage levels of the mains and the battery. The article describes a new topology and algorithm for controlling the switches of a bidirectional two stage dc/dc converter with a transformer. The high-voltage primary stage contains an input choke and is a current source inverter, a low-voltage one is a voltage source inverter with a load – a battery storage system. The circuit of the current source inverter is bridge, the switches of the anode group are two-quadrant ones without reverse blocking ability (IGBT with a reverse diode), the cathode group switches are four-quadrant (counter-connected IGBTs with a reverse diode). The aim of this paper is to present a modified scheme of a converter with separated commutation having the property of reversibility. In this converter, the static loss in the switches does not increase in comparison with the basic circuit. For the power transfer mode from the voltage source inverter to the current source inverter, the switches control algorithm (separated commutation algorithm) is described. This algorithm provides the switching on at zero point of voltage and switch off with capacitive snubber of the voltage source inverter's switches and the switching off at current zero point and inductive snubber of the current source inverter's switches.