[發(fā)明專利]高功率密度電力電子變壓器拓撲結構及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710819005.0
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107612407B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設計）人: 陳武;馬大俊;蔣曉劍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M7/72
• 分類號: H02M7/72
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

本發(fā)明公開了高功率密度電力電子變壓器拓撲結構及其控制方法，通過在高壓交流側N個級聯(lián)H橋子模塊的橋臂支路上增加一組串聯(lián)諧振電路(或其它元器件構成的帶通濾波器)，并同時在調制波信號中疊加一個高頻的信號，來將高壓交流側的能量以高頻的方式傳遞給低壓側。本發(fā)明拓撲結構直接在高壓側通過級聯(lián)H橋和L_rC_r串聯(lián)諧振以及高頻隔離變壓器構成串聯(lián)諧振電路，輸出一個高頻波形，實現(xiàn)能量的傳遞。節(jié)省了大量的DC?DC變換模塊，同時也大大降低了高壓交流側所使用的功率開關器件的數(shù)量，極大的降低了系統(tǒng)的體積和成本，提高了系統(tǒng)的工作效率，提高了電力電子變壓器的功率密度。

技術領域

本發(fā)明屬于變電技術領域，涉及變壓器拓撲結構，更為具體地說是涉及具有高功率高密度的新型電力電子變壓器拓撲及其控制方法。

背景技術

隨著智能電網(wǎng)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的電力變壓器已不足以應對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的工頻變壓器不僅體積較大，還缺少智能控制環(huán)節(jié)以及直流變換端口。而電力電子變壓器是一種基于大功率電力電子變流技術的新型智能變壓器，不僅可以替代傳統(tǒng)的變壓器，還具有靈活多變的可控性，以及多種交直流的端口，方便靈活的接入各種分布式能源、儲能和負荷，為高效地解決智能電網(wǎng)面臨的諸多難題提供了可能。

目前已有很多學者提出了多種電力電子變壓器拓撲結構，但一般都是將高壓交流電源先通過MMC或者級聯(lián)全橋的結構轉換成高壓直流電源，再利用多個DC-DC變換器串并聯(lián)將高壓直流電變換為所需要的低壓直流電。這些電力電子變壓器拓撲結構具有較多的變換級數(shù)，且使用的功率器件和變壓器數(shù)量比較多，體積比較大，功率密度比較小，成本比較高，很難實現(xiàn)大規(guī)模的使用。因此，亟待一種新型的結構簡單的功率密度高的電力電子變壓器，以解決現(xiàn)代電力系統(tǒng)所面臨的難題。

發(fā)明內容

為解決上述問題，本發(fā)明公開了有高功率密度的新型電力電子變壓器拓撲及其控制方法，通過在高壓交流側N個級聯(lián)H橋子模塊的橋臂支路上增加一組串聯(lián)諧振電路，并同時在調制波信號中疊加一個高頻的信號，來將高壓交流側的能量以高頻的方式傳遞給低壓側。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

高功率密度電力電子變壓器拓撲結構，包括高壓交流級、高頻隔離變壓器及低壓直流級，所述高壓交流級包括高壓交流電源、濾波電感、N個級聯(lián)的全橋子模塊、串聯(lián)諧振電路，高壓交流電源經過濾波電感之后連接到N個級聯(lián)的全橋子模塊的輸入端，N個級聯(lián)全橋子模塊的輸出端連接回到高壓交流電源，構成工頻信號的傳遞回路，串聯(lián)諧振電路的一端與N個級聯(lián)全橋子模塊的輸入端連接，另一端與高頻隔離變壓器原邊的同名端連接，高頻隔離變壓器原邊的異名端與N個級聯(lián)全橋子模塊的輸出端連接，高頻隔離變壓器、串聯(lián)諧振電路以及N 個級聯(lián)的全橋子模塊一起構成串聯(lián)諧振回路，輸出高頻波形，實現(xiàn)能量傳遞；所述高頻隔離變壓器用于進行能量傳遞和電氣隔離，同時實現(xiàn)高頻交流電壓的升降調節(jié)；所述低壓直流級包括全橋電路和濾波電容，用于將高頻的交流電能轉換為穩(wěn)定的低壓直流電能。

高功率密度電力電子變壓器拓撲結構，包括高壓交流級、高頻隔離變壓器及低壓直流級，所述高壓交流級包括高壓交流電源、濾波電感、N個級聯(lián)的全橋子模塊、串聯(lián)諧振電路，高壓交流電源經過濾波電感之后連接到N個級聯(lián)的全橋子模塊的輸入端，N個級聯(lián)全橋子模塊的輸出端與高頻隔離變壓器原邊的同名端相連，串聯(lián)諧振電路的一端與N個級聯(lián)全橋子模塊的輸入端連接，另一端連接到高頻隔離變壓器原邊的異名端，高頻隔離變壓器原邊的異名端連接回到高壓交流電源，高壓交流電源、N個級聯(lián)的全橋子模塊以及高頻隔離變壓器一起構成了工頻信號的流通回路，N個級聯(lián)的全橋子模塊、高頻隔離變壓器以及串聯(lián)諧振電路一起構成串聯(lián)諧振回路，輸出高頻波形，實現(xiàn)能量傳遞；所述高頻隔離變壓器用于進行能量傳遞和電氣隔離，同時實現(xiàn)高頻交流電壓的升降調節(jié)；所述低壓直流級包括全橋電路和濾波電容，用于將高頻的交流電能轉換為穩(wěn)定的低壓直流電能。

進一步，N個級聯(lián)的全橋子模塊、串聯(lián)諧振電路、高頻隔離變壓器均為多組，低壓直流級包括多個H橋，多個H橋的輸出串聯(lián)或并聯(lián)后作為低壓側的輸出。