[發(fā)明專利]一種適用于高壓場合的非對稱雙向直流變換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210204245.7
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102739056A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳武
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;H02M7/72
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于高壓場合的雙向直流變換器，屬于電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于新能源發(fā)電場合。

背景技術(shù)

海上風(fēng)力發(fā)電因具有不占用陸上土地、風(fēng)速高、風(fēng)能資源豐富等特點而受到世界各國的普遍重視，目前絕大部分海上風(fēng)電場采用的是交流發(fā)電系統(tǒng)，采用直流發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的海上風(fēng)電場技術(shù)越來越受到關(guān)注，如圖1所示。直流發(fā)電系統(tǒng)有如下一些優(yōu)點：1）利用高壓高頻直流升壓變換器替代工頻升壓變壓器，可大大減小發(fā)電系統(tǒng)中電力電子裝置的重量和體積，降低對海上基礎(chǔ)建設(shè)的要求，減少前期投資成本；2）采用中壓直流母線可降低風(fēng)電場內(nèi)部聯(lián)接電纜費用；3）采用中壓直流母線的風(fēng)電場在控制上更加容易方便。

目前，直流發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的兆瓦級直流變換器一般都是采用單向變換器，如全橋變換器等。然而，針對海上風(fēng)電場的特殊場合，與交流發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的是，如果在直流發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中采用單向變換器，則當(dāng)風(fēng)機啟動時，系統(tǒng)無法向風(fēng)機提供傳感器、測量設(shè)備以及制動控制裝置等所需的能量，中壓直流母線電壓也無法建立。此時可以考慮在風(fēng)機內(nèi)部安裝儲能裝置，如蓄電池等，也可以外加輔助電源，從HVDC電纜引電向風(fēng)機供電。安裝儲能裝置將增加成本以及系統(tǒng)的重量與體積，而外加輔助電源則相當(dāng)于額外增加了一套單向降壓變換器系統(tǒng)，同樣會增加整個系統(tǒng)的成本。于是有學(xué)者提出采用雙向變換器的方案，通過雙向變換器向風(fēng)機提供啟動或者風(fēng)速低于切入風(fēng)速時所需的能量，而當(dāng)風(fēng)機正常發(fā)電時，又通過雙向變換器將電能向外傳輸。雙向變換器的應(yīng)用，可以大幅減小系統(tǒng)的體積重量，降低成本。然而，風(fēng)機在啟動時所需的能量與正常工作時發(fā)出的能量相比很小，而已有的雙向變換器一般都是與蓄電池等儲能設(shè)備一起使用，雙向變換器兩個方向傳輸?shù)哪芰炕鞠嗟龋虼艘延械碾p向變換器在直流系統(tǒng)海上風(fēng)電這一特殊場合顯得不太合適，“性價比”不高。因此有必要研究非對稱雙向變換器，即該雙向變換器向兩個方向傳遞的能量差異較大，如圖2所示。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：?本發(fā)明針對背景技術(shù)中的能量非對稱雙向傳輸?shù)募夹g(shù)要求，提出一種適用于高壓大功率變換場合的非對稱雙向直流變換器。

技術(shù)方案：本發(fā)明的非對稱雙向直流變換器，在第一變壓器原邊，第一開關(guān)管和第三開關(guān)管串聯(lián)后組成的第一逆變橋臂正向并聯(lián)在第一電源正負輸出端；第二開關(guān)管和第四開關(guān)管串聯(lián)后組成的第二逆變橋臂同樣正向并聯(lián)在第一電源正負輸出端，第一濾波電容的兩端分別接在第一電源正負輸出端，第一變壓器原邊繞組兩端分別接在第一逆變橋臂和第二逆變橋臂的中點，第一電感為第一變壓器的漏感或者額外串聯(lián)的電感；在第二變壓器原邊，第五開關(guān)管和第七開關(guān)管串聯(lián)后組成的第三逆變橋臂正向并聯(lián)在第一電源正負輸出端；第六開關(guān)管和第八開關(guān)管串聯(lián)后組成的第四逆變橋臂同樣正向并聯(lián)在第一電源正負輸出端，第二變壓器原邊繞組兩端分別接在第三逆變橋臂和第四逆變橋臂的中點，第二電感為第二變壓器的漏感或者額外串聯(lián)的電感；在第二變壓器副邊，第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管組成橋式整流電路，第三濾波電容的兩端分別接在整流電路的正負輸出端；在第一變壓器副邊，第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管組成橋式整流電路，單刀雙擲開關(guān)的b端口與橋式整流電路的負極相連，c端口與第三二極管的負極相連，a端口與第六二極管的負極相連，第二濾波電容的兩個端口分別接在丙個整流電路的正輸出端，第二濾波電容和第三濾波電容串聯(lián)后的兩端分別接在第二電源正負輸出端；第一輔助開關(guān)并聯(lián)在第二二極管兩端，第二輔助開關(guān)一端與第四二極管的正極相連，另一端與第八二極管的正極相連。

有益效果：本發(fā)明的非對稱雙向直流變換器適用于能量非對稱雙向傳輸場合，在此場合中，與傳統(tǒng)的雙向直流變換器相比，本發(fā)明的非對稱雙向直流變換器可以節(jié)約成本，且控制簡單。

附圖說明

圖1是基于直流系統(tǒng)的海上風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的非對稱雙向直流變換器電路功能框圖；

圖3是本發(fā)明的適用于高壓場合的非對稱雙向直流變換器的電路示意圖；

圖4是本發(fā)明的第一電源V1向第二電源V2傳輸能量時的電路示意圖；

圖5是本發(fā)明的第二電源V2向第一電源V1傳輸能量時的電路示意圖。

具體實施方式

圖3為本發(fā)明的非對稱雙向直流變換器。