[發明專利]基于全橋拓撲結構輸入串聯輸出并聯自動均壓直流變壓器

無效

• 申請號: 200810024744.1
• 申請日: 2008-05-04
• 公開（公告）號: CN101345473A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發明（設計）人: 張先進;陳杰;龔春英;嚴仰光;王慧貞
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所
• 代理人: 柏尚春

技術領域：

本發明涉及的是一種應用在高壓輸入、低壓輸出隔離型直流變壓器，屬于電能變換裝置中的直流隔離降壓技術。

背景技術：

與交流輸電相比，高壓直流輸電具有輸送功率容量大、損耗小、輸送距離遠、穩定性好等特點，而有廣闊的應用前景。目前在高壓直流輸電系統中整流側和逆變側，仍然要工頻變壓器來實現和交流電網相連，體積大重量重。直流輸電仍然作為交流輸電一種輔助功能，沒有直接用于用電設備。為了適應將來將高壓直流輸電直接應用于用電設備，尤其對大規模非并網風力發電等獨立電力系統，原方案就顯得笨重而不經濟。需要具有和交流隔離變壓器功能類似的直流變壓裝置，將高壓直流電轉換成隔離的滿足用電設備要求的低壓直流電。高壓直流變壓器實現的難點是單個開關器件的耐壓不夠，目前采用較多的方法是采用多個開關管串聯結構，研究多個開關管的串聯均壓控制技術。還有一種是采用多個直直變換模塊輸入串聯結構，研究多個串聯模塊的輸入端均壓控制技術。本專利提出了一種新的可實現自動均壓的直直變壓器結構---基于全橋拓撲結構輸入串聯輸出并聯自動均壓直流變壓器。

發明內容：

本發明旨在傳統全橋拓撲結構基礎之上提出一種可實現自動均壓的基于全橋拓撲結構輸入串聯輸出并聯自動均壓直流變壓器。其特征在于：將N個全橋拓撲結構的直流變壓器功率模塊的輸入端相互串聯起來接在輸入直流電源的正、負輸出端，將N個全橋拓撲結構的直流變壓器功率模塊的輸出端相互并聯起來接在輸出濾波電容兩端，構成全橋拓撲結構輸入串聯輸出并聯自動均壓直流變壓器。每個全橋拓撲結構的直流變壓器功率模塊包括輸入電容、全橋電路、串聯電感、高頻隔離變壓器、輸出整流橋電路。全橋電路包括四個開關管，第一開關管與第二開關管串聯，第三開關管與第四開關管串聯，第一開關管的集電極與第三開關管的集電極相連后接于輸入電容正端，第二開關管的發射極與第四開關的發射極相連后接于輸入電容負端，第一開關管與第二開關管的串聯節點經串聯電感連于高頻隔離變壓器原邊繞組的同名端，第三開關管與第四開關管的串聯節點連于高頻隔離變壓器原邊繞組的異名端，高頻隔離變壓器副邊繞組接于輸出整流橋電路的輸入端，輸出整流橋電路的輸出端連于輸出濾波電容兩端。全橋電路中每個開關管均并聯一個電容，其中N為自然數。

其中每個功率模塊可以在相同頻率或不同頻率下，以近似0.5占空比工作，開環控制，可以實現每個功率模塊輸入自動均壓。它保留了全橋直流變換器的原有的特點，通過功率模塊直接串聯實現了降低開關管的電壓應力。所以它適用在高壓輸入低壓輸出隔離場合，特別適合應用在高壓直流輸電領域之中。通過高頻開關管調制，從而大大地減少了變壓器的體積和重量，并可以實現開關管的軟開關，提高系統效率。該結構通用性強，適用范圍廣。

由于沒有輸出濾波電感，所以利用隔離變壓器的輸出電壓箝位作用，避免了變壓器飽和，又實現每個模塊輸入電壓自動均壓。

附圖說明：

附圖1是本發明示意圖。

附圖2是本發明中每個模塊拓撲結構示意圖。

附圖3是本發明中模塊主要工作波形示意圖。

附圖4是本發明中某個模塊工作模態分析圖。

附圖5是本發明以三個模塊輸入串聯輸出并聯為例，在開關頻率相同，輸入電壓從6000V突變到6500V時，在不同條件下仿真圖。其中附圖5(a)是所有參數相同時每個模塊輸入電壓，附圖5(b)是輸入電容從上到下分別對應偏差-20％，0％，+20％時每個模塊輸入電壓，附圖5(c)是從上到下對應占空比為0.455，0.46，0.475時每個模塊輸入電壓，附圖5(d)是串聯電感和原邊線路電阻從上到下對應偏差為+10％，0％，-10％是每個模塊輸入電壓。

附圖6是本發明以三個模塊輸入串聯輸出并聯為例，在不同開關頻率，輸入電壓從6000V突變到6500V時，在不同條件下仿真圖。其中附圖6(a)是占空比為0.45，從上到下每個模塊工作頻率為25Kz，20Kz，16.7Kz，時輸入電壓，附圖6(b)是占空比為0.45，頻率為25Kz，20Kz，16.7Kz時，輸入電容從上到下分別對應偏差-20％，0％，+20％時每個模塊輸入電壓，附圖6(c)是從上到下分別對應占空比為0.425(25Kz)，0.45(20Kz)，0.44(16.7Kz)時對應每個模塊輸入電壓。