[發明專利]一種基于級聯DAB結構的直流變壓器

有效

• 申請號: 201911080227.0
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN111224550B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 田杰;王丹;毛承雄;官志濤;鄔瑋晗
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

1.一種基于級聯DAB結構的直流變壓器，其特征在于，包括：n臺相同的直流變換子模塊SM1、SM2、···SMn，n為任意正整數；

n個直流變換子模塊的高壓側串聯，n個直流變換子模塊的低壓側并聯；

第一臺直流變換子模塊SM1的高壓側第一連接端子T1通過直流電感L1與高壓直流側的正極相連，第i臺直流變換子模塊SMi的高壓側第二連接端子T2與第i+1臺直流變換子模塊SMi+1的高壓側第一連接端子T1相連，第n臺直流變換子模塊SMn的高壓側第二連接端子T2與高壓直流側的負極相連；

n臺直流變換子模塊SM1、SM2、···SMn的低壓側第三連接端子T3均與低壓直流側的正極相連，n臺直流變換子模塊SM1、SM2、···SMn的低壓側第四連接端子T4均與低壓直流側的負極相連；1in；

所述直流變換子模塊包括：十個半導體開關S1～S10、兩個直流電容C1、C2、高頻電感L1和高頻變壓器T；

第一半導體開關S1的集電極、第三半導體開關的集電極S3和第九半導體S9的發射極均連接在第一公共連接點P1，第二半導體開關S2發射極、第四半導體開關S4發射極和第一直流電容的負極均連接在第二連接端子T2，第一半導體開關S1的發射極與第二半導體開關S2的集電極連接在第一連接端子T1，第三半導體開關S3的發射極與第四半導體開關S4的集電極連接在第二公共連接點P2，第一直流電容C1的正極與第九半導體S9的集電極串聯連接，第五半導體開關S5的集電極、第七半導體開關S7的集電極和第十半導體開關S10的集電極均連接在第三連接端子T3，第六半導體開關S6的發射極、第八半導體開關S8的發射極和第二直流電容C2的負極均連接在第四連接端子T4，第五半導體開關S5的發射極與第六半導體開關S6的集電極連接在第三公共連接點P3，第七半導體開關S7的發射極與第八半導體開關S8的集電極連接在第四公共連接點P4，第十半導體開關S10與第二直流電容C2串聯連接；另外，第一連接端子T1、第二公共連接點P2與高頻電感L2以及高頻變壓器T的高壓側繞組串聯連接，第三、第四公共連接點P3、P4與高頻變壓器T的低壓側繞組串聯連接。

2.如權利要求1所述的直流變壓器，其特征在于，n個直流變換子模塊中m個直流變換子模塊工作在冗余狀態，其中0mn。

3.如權利要求2所述的直流變壓器，其特征在于，投入工作的n-m個直流變換子模塊的第一半導體開關S1和第二半導體開關S2按照指定占空比在導通與關斷兩種狀態間切換。

4.如權利要求3所述的直流變壓器，其特征在于，占空比設定值D可控制第一直流電容C1上電壓V_in為所述第一直流電容C1所處直流變換子模塊高壓側的輸入電壓，從而保證直流變換子模塊兩端電壓與高頻變壓器變比匹配，第九半導體開關S9和第十半導體開關S10均處于導通狀態，其余半導體開關按指定占空比切換工作狀態。

5.如權利要求4所述的直流變壓器，其特征在于，其余的m個冗余直流變換子模塊的高壓側與直流變壓器的高壓直流側斷開，第二半導體開關S2為導通狀態，第一半導體開關S1為關斷狀態。

6.如權利要求1-5任一項所述的直流變壓器，其特征在于，當第i個處于工作狀態的直流變換子模塊發生故障時，先對故障進行定位，定位到第i個變換子模塊的具體故障位置與種類，其內部冗余控制方式可按照內部故障位置與種類劃分為兩類；0in-m。

7.如權利要求6所述的直流變壓器，其特征在于，內部冗余控制方式包括：

(1)若非第二半導體開關S2開路故障，則第i個直流變換子模塊的第二半導體開關S2導通，其余半導體開關均為關斷，將故障子模塊進行隔離，同時將1個工作在冗余狀態的直流變換子模塊投入工作，保持系統穩定運行；

(2)若第二半導體開關S2開路故障，則第一個直流變換子模塊SM1、第三個直流變換子模塊SM3、第四個直流變換子模塊SM4導通，其余半導體開關均為關斷，將故障子模塊進行隔離，同時將1個工作在冗余狀態的直流變換模塊投入工作，保持系統穩定運行。

8.如權利要求7所述的直流變壓器，其特征在于，當故障恢復時，冗余子模塊切除，各半導體開關恢復正常工作狀態，第一直流電容C1和第二直流電容C2無需重新充電，實現快速恢復運行。