[發明專利]混合型直流電力電子變壓器

在審

• 申請號: 201710577477.X
• 申請日: 2017-07-15
• 公開（公告）號: CN107181413A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 付超;孫玉巍
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/48
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及電壓的變換裝置技術領域，尤其涉及一種混合型直流電力電子變壓器。

背景技術

直流電力電子變壓器是未來直流輸配電網、直流風力發電并網系統、直流光伏發電并網系統、船艦電力系統、軌道牽引供電系統、“能源互聯網”等應用領域的重要設備，其主要功能是實現不同電壓等級直流母線之間的電壓變換、電氣隔離和功率傳輸。

電力電子變壓器為了適應高壓大功率應用場合，通常采用模塊化電路串并聯技術，以解決電力電子器件耐壓水平不足的限制問題。目前直流電力電子變壓器采用的模塊化電路主要有兩類，即基于移相控制的雙主動橋直流變換器(Dual Active Bridge，DAB)和串聯諧振型直流變換器(Series Resonant Convert，SRC)。雙主動橋直流變換器控制靈活，可以實現輸出電壓或傳輸功率的主動調節，但相對而言效率較低，而串聯諧振型直流變換器工作于諧振狀態時，具有很高的功率變換效率，但相對而言其電壓或傳輸功率調節能力受限，當進行功率調節時，串聯諧振型變換器將處于失諧狀態或處于電流斷續狀態，從而降低了功率變換效率或功率密度。

因此，由單一的模塊化電路構成的直流電力電子變壓器實用性受到一定限制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是如何提供一種利用雙主動橋直流變換器實現電壓或功率的主動調節并利用串聯諧振型直流變換器實現大功率傳輸的混合型直流電力電子變壓器。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種混合型直流電力電子變壓器，其特征在于：包括一個以上的雙主動橋直流變換器以及兩個以上的串聯諧振型直流變換器，所述雙主動橋直流變換器和串聯諧振型直流變換器的直流輸入側之間串聯連接后接入高壓直流母線，用于適應高壓側直流母線的高電壓等級；雙主動橋直流變換器和串聯諧振型直流變換器的直流輸出側之間并聯后接入低壓直流母線，用于向低壓側直流母線提供較大的功率；所述主動橋直流變換器用于通過移相控制，實現傳輸功率或輸出電壓的主動調節；所述諧振型直流變換器工作于諧振狀態，用于根據輸入和輸出直流電壓的變化自動調整傳輸功率；所述混合型直流電力電子變壓器工作于電壓控制模式或功率調節模式。

進一步的技術方案在于：所述雙主動橋直流變換器包括第一高壓側單相全控橋、第一高頻變壓器和第一低壓側單相全控橋，所述第一高壓側單相全控橋的輸入端為所述主動橋直流變換器的直流輸入側，所述第一高壓側單相全控橋的輸出端與所述第一高頻變壓器的初級連接，所述第一高頻變壓器的次級與所述第一低壓側單相全控橋的輸入端連接，所述第一低壓側單相全控橋的輸出端為所述雙主動橋直流變換器的直流輸出側。

進一步的技術方案在于：所述雙主動橋直流變換器還包括電感L_t，所述第一高壓側單相全控橋的輸出端經所述電感L_t與所述第一高頻變壓器的初級連接。

進一步的技術方案在于：所述串聯諧振型直流變換器包括第二高壓側單相全控橋、諧振電路、第二高頻變壓器和第二低壓側單相全控橋，所述第二高壓側單相全控橋的輸入端為所述串聯諧振型直流變換器的直流輸入側，所述第二高壓側單相全控橋的輸出端經所述諧振電路與所述第二高頻變壓器的初級連接，所述第二高頻變壓器的次級與所述第二低壓側單相全控橋的輸入端連接，所述第二低壓側單相全控橋的輸出端為所述串聯諧振型直流變換器的直流輸出側。

進一步的技術方案在于：所述單相全控橋的直流側的兩端之間均并聯有電容器。

進一步的技術方案在于：所述高頻變壓器的繞組匝數比根據雙主動橋直流變換器和串聯諧振型變換器串聯數目、高低直流母線電壓等級確定。

進一步的技術方案在于：所述諧振電路包括串聯連接的電容C_r以及電感L_r。

進一步的技術方案在于，所述的電壓控制模式具體為：當低壓直流母線電壓偏低時，雙主動橋直流變換器采用移相控制，增大移相比，進而增加傳輸功率，使輸出直流電壓升高；當低壓直流母線電壓偏高時，雙主動橋直流變換器采用移相控制，減小移相比，進而減小傳輸功率，使輸出直流電壓降低，通過上述調節，最終使低壓直流母線電壓維持在參考值；在上述調節過程中，雙主動橋直流變換器和串聯諧振型直流變換器的輸入電壓隨輸出電壓的變化重新分配，而保持串聯總直流電壓為高壓直流母線電壓不變。