[發(fā)明專利]一種高頻雙向隔離系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410591556.2
• 申請日: 2014-10-29
• 公開（公告）號: CN104333228A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭文明;陳雷;蘭越前
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院;中電普瑞科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高頻雙向隔離系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在電力電子系統(tǒng)中，一些變流領(lǐng)域中的裝置或設(shè)備，其輸入、輸出一般是是一個變化范圍較大的，甚至波動很大的源、而其輸出是一個波動很小，相對固定的值，因此要求其內(nèi)部應(yīng)具備升降壓功能。在工業(yè)和民用領(lǐng)域有些場所會根據(jù)安全、場地需要，要求電力電子裝置的輸入、輸出具備電氣隔離、體積小、重量輕的功能；還有一些設(shè)備需要根據(jù)不同工況，要求既能通過外部電源給其充電、也能給外部負載供能放電，這就要求裝置內(nèi)具備可以實現(xiàn)能量雙向傳遞的功能。以上這些需求，行業(yè)通用解決辦法就是根據(jù)需求單一集成應(yīng)對。若以上要求都滿足時，按照通用搭積木做法，整個系統(tǒng)異常臃腫、龐大且價格昂貴，無法真正滿足客戶需求，更無市場推廣價值。而具備升降壓、高隔離功能的單元在以上領(lǐng)域和行業(yè)變流裝置中又處于核心位置，要求其應(yīng)具有高可靠性、高轉(zhuǎn)換效率、體積小、重量輕，輸入、輸出高電氣隔離、能量可以雙向傳遞功能。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)不足和市場巨大需求，本發(fā)明提供一種高頻雙向隔離系統(tǒng)，解決了電力電子系統(tǒng)變流領(lǐng)域中，變流單元要求同時具備高頻隔離、能量雙向流動、升降壓的矛盾，具有極強的創(chuàng)新性。該拓撲的應(yīng)用會有效提高整個系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性，易同時滿足系統(tǒng)高頻隔離、能量雙向傳遞、升降壓功能、具有體積小、重量輕的特點；可為市面上主流的變流裝置如光伏并網(wǎng)逆變器、離網(wǎng)逆變器、儲能雙向逆變器、風(fēng)力變流器，直流變換器，提供所需的電壓等級；實現(xiàn)能量的高效、精準、按需傳遞。本發(fā)明具有較強的創(chuàng)新性，會有助于在電力電子系統(tǒng)變流領(lǐng)域中的革新應(yīng)用，有望帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種高頻雙向隔離系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括低壓側(cè)單元、能量流向管理單元、升壓逆變單元、高頻隔離單元、變流逆變單元、高壓側(cè)單元和控制單元；低壓側(cè)單元、能量流向管理單元、升壓逆變單元、高頻隔離單元、變流逆變單元和高壓側(cè)單元依次雙向連接，所述能量流向管理單元、升壓逆變單元、高頻隔離單元和變流逆變單元分別與所述控制單元雙向連接。

所述低壓側(cè)單元包括低壓直流支撐電容C1，所述低壓直流支撐電容C1為金屬膜電容；所述低壓直流支撐電容C1的正極連接高頻電力場效應(yīng)晶體管T5的源極，其負極接地。

所述能量流向管理單元包括高頻電力場效應(yīng)晶體管T5和第一AD采集器；所述高頻電力場效應(yīng)晶體管T5為N溝通增強型電力場效應(yīng)管，其工作頻率達20KHz以上，且內(nèi)部設(shè)有續(xù)流二極管；所述第一AD采集器為電壓-電流采集器。

當能量從高壓側(cè)單元向低壓側(cè)單元傳遞時，通過控制所述高頻電力場效應(yīng)晶體管T5的開通，以提供能量流向通道；

當能量從低壓側(cè)單元向高壓側(cè)單元傳遞時，續(xù)流二極管提供能量流向通道，同時也截止高壓側(cè)單元的高電壓對低壓側(cè)單元的沖擊。

所述升壓逆變單元包括高頻電感L1、高頻電感L2、電力場效應(yīng)晶體管T1和電力場效應(yīng)晶體管T2；所述高頻電感L1和高頻電感L2的一端均連接高頻電力場效應(yīng)晶體管T5的漏極，高頻電感L1和高頻電感L2的另一端分別連接電力場效應(yīng)晶體管T1和電力場效應(yīng)晶體管T2的漏極，同時電力場效應(yīng)晶體管T1和電力場效應(yīng)晶體管T2的源極分別和高頻隔離單元中的高頻隔離變壓器低壓端相連，電力場效應(yīng)晶體管T1和電力場效應(yīng)晶體管T2的源極均接地。

所述高頻電感L1和高頻電感L2的磁芯采用基于非晶合金材料制成；

所述電力場效應(yīng)晶體管T1和電力場效應(yīng)晶體管T2均為N溝通增強型電力場效應(yīng)管，兩者的工作頻率高達20KHz以上，且內(nèi)部分別設(shè)有續(xù)流二極管。

所述高頻隔離單元包括高頻隔離變壓器、第二AD采集器和隔直電容C4；所述高頻隔離變壓器分為低壓端和高壓端，低壓端和高壓端均通過接線端子分別連接升壓逆變單元和變流逆變單元。

所述高頻隔離變壓器內(nèi)部磁芯采用非晶合金或鐵粉芯材質(zhì)制成，可耐受至少20kHz的高頻交流電壓，其變比為1：1；所述高頻隔離變壓器低壓端和高壓端均耐受3000KV以上工頻高壓沖擊，工作海拔高度不低于3000米。

所述第二AD采集器為電流采集器，該電流采集器設(shè)置在高頻隔離變壓器低壓端，實時采集流過高頻電感L1和高頻電感L2內(nèi)的電流，防止短路或過流燒毀變壓器的事故發(fā)生；

所述隔直電容C4串聯(lián)在高頻隔離變壓器高壓側(cè)，采用可耐高頻紋波沖擊的金屬膜電容，防止在逆變中有直流成分進入到高頻隔離變壓器內(nèi)部，造成變壓器磁飽和而發(fā)生短路事故。