[發(fā)明專利]一種直流固態(tài)變壓器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910064046.2
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109600049A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李彬彬;趙曉東;張書鑫;程達;毛舒凱;付勤天;徐殿國
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M3/155;H02M7/487;H02M7/5387;H02M1/32
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所 23109
• 代理人: 高倩

一種直流固態(tài)變壓器，屬于直流輸配電領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有直流固態(tài)變壓器因高壓側(cè)開關(guān)器件電壓應(yīng)力較大而導(dǎo)致自身損耗和成本均較高的問題。所述直流固態(tài)變壓器：每個功率模塊均包括級聯(lián)的前級直流變換單元和中頻隔離變換單元，中頻隔離變換單元包括采用中點鉗位型半橋三電平逆變器實現(xiàn)的逆變子單元。N個前級直流變換單元串聯(lián)構(gòu)成前級直流變換串聯(lián)單元，該串聯(lián)單元的正直流輸入端經(jīng)濾波電感L₁與中壓直流電網(wǎng)的正極相連，該串聯(lián)單元的負直流輸入端經(jīng)濾波電感L₂與中壓直流電網(wǎng)的負極相連。低壓直流電網(wǎng)或者負載串接在N個中頻隔離變換單元的正直流輸出端的公共端與N個中頻隔離變換單元的負直流輸出端的公共端之間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種直流變壓器，屬于直流輸配電領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著直流輸配電技術(shù)的快速發(fā)展，直流固態(tài)變壓器在分布式電源的并網(wǎng)接入以及直流配電網(wǎng)能量變換和管理中起到越來越重要的作用。以現(xiàn)有功率器件的耐壓水平，為了實現(xiàn)中高壓直流電網(wǎng)(10kV以上)與低壓直流電網(wǎng)之間的直流變換，采用模塊化串并聯(lián)技術(shù)是有效的解決方案。

關(guān)于用于直流輸配電的直流固態(tài)變壓器，近年來已出現(xiàn)了一些報導(dǎo)，例如：授權(quán)公告號為CN 105743353 B的中國專利公開了一種固態(tài)變壓器，申請公布號為CN 107332443 A的中國專利公開了一種直流固態(tài)變壓器，申請公布號為CN 107592017 A的中國專利公開了一種DC-DC變換器，申請公布號為CN 107968572 A的中國專利公開了一種直流固態(tài)變壓器。然而，對于上述直流固態(tài)變壓器來說，其中頻隔離DC-DC部分均采用全橋結(jié)構(gòu)或兩電平半橋結(jié)構(gòu)，這使得上述直流固態(tài)變壓器的高壓側(cè)開關(guān)器件的電壓應(yīng)力較大。為了適用于中高電壓場合，上述直流固態(tài)變壓器不可避免地要采用高耐壓半導(dǎo)體功率器件或者較多功率模塊串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，進而使得自身的損耗和成本均較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有直流固態(tài)變壓器因高壓側(cè)開關(guān)器件電壓應(yīng)力較大而導(dǎo)致自身損耗和成本均較高的問題，提出了一種直流固態(tài)變壓器。

本發(fā)明所述的直流固態(tài)變壓器包括濾波電感L₁、濾波電感L₂和具有相同電路結(jié)構(gòu)的第一功率模塊～第N功率模塊；

每個功率模塊均包括前級直流變換單元和中頻隔離變換單元，前級直流變換單元與中頻隔離變換單元級聯(lián)，每個中頻隔離變換單元均包括逆變子單元，逆變子單元采用中點鉗位型半橋三電平逆變器來實現(xiàn)；

第一功率模塊的前級直流變換單元～第N功率模塊的前級直流變換單元分別為第一前級直流變換單元～第N前級直流變換單元；

第一功率模塊的中頻隔離變換單元～第N功率模塊的中頻隔離變換單元分別為第一中頻隔離變換單元～第N中頻隔離變換單元；

第一前級直流變換單元～第N前級直流變換單元依次串聯(lián)，構(gòu)成前級直流變換串聯(lián)單元，前級直流變換串聯(lián)單元的正直流輸入端經(jīng)濾波電感L₁與中壓直流電網(wǎng)的正極相連，前級直流變換串聯(lián)單元的負直流輸入端經(jīng)濾波電感L₂與中壓直流電網(wǎng)的負極相連；

低壓直流電網(wǎng)或者負載串接在第一中頻隔離變換單元的正直流輸出端～第N中頻隔離變換單元的正直流輸出端的公共端與第一中頻隔離變換單元的負直流輸出端～第N中頻隔離變換單元的負直流輸出端的公共端之間。

作為優(yōu)選的是，每個中頻隔離變換單還均包括中間交流環(huán)節(jié)、整流子單元和輸出電容C₃；

逆變子單元的直流輸入側(cè)與對應(yīng)前級直流變換單元的直流輸出側(cè)級聯(lián)，逆變子單元的交流輸出側(cè)與中間交流環(huán)節(jié)的交流輸入側(cè)級聯(lián)，中間交流環(huán)節(jié)的交流輸出側(cè)與整流子單元的交流輸入側(cè)級聯(lián)，整流子單元的直流輸出側(cè)與輸出電容C₃并聯(lián)，整流子單元的直流輸出側(cè)與低壓直流電網(wǎng)或者負載并聯(lián)。