[發明專利]混合隔離型單相電力電子變壓器

有效

• 申請號: 202010315127.8
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111510007B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 高范強;李子欣;張宸宇;徐飛;趙聰;張航;李耀華;王平
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所;國網江蘇省電力有限公司;國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M3/335
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種混合隔離型單相電力電子變壓器，由電容隔離型變換器和高頻變壓器隔離型變換器組成。電容隔離型變換器由多個電容隔離型功率模塊通過輸入側串聯輸出側并聯構成，可實現固定變比調壓和電氣隔離。高頻變壓器隔離型變換器采用多個高頻隔離型功率模塊通過輸入側串聯輸出側并聯構成，在實現電氣隔離的同時亦可實現電壓變比可配置。本發明可根據混合隔離型單相電力電子變壓器所接入電網的電壓等級，對兩類隔離型變換器的數量及高頻變壓器原、副邊線圈匝數比配置。與現有電容隔離型變換器拓撲相比，本發明可實現高低壓側電壓等級變換的任意配置。本發明通過高頻電容實現電力電子變壓器高、低壓側電路的電氣隔離，具有運行效率高、體積小等優點。

技術領域

本發明涉及一種電力電子變壓器，特別涉及一種混合隔離型單相電力電子變壓器。

背景技術

電力電子變壓器以高頻化電力電子變換技術為基礎，除了可以實現高壓交流到低壓交流或直流的電氣隔離和電壓等級變換功能，還可具備可再生能源接入、能量雙向可控、電能質量治理等功能，在智能電網、能源互聯網、軌道交通機車牽引等領域具有廣泛的應用前景。

現有的技術的電力電子變壓器大多數都是通過中高頻變壓器實現高、低壓側電路的電氣隔離，而且通過配置中高頻變壓器的原副邊線圈匝數比設計電力電子變壓器的變比。但是，這些技術方案存在高壓大容量中高頻變壓器運行效率難以提高、電-磁-熱多物理場綜合優化設計困難、系統電路拓撲復雜等問題，影響了電力電子變壓器效率和功率密度的提高，也導致造價高，難以規模推廣應用。另外一種方式是通過高頻電容器實現高、低壓側電路的電氣隔離，相比于采用中高頻變壓器的隔離方案，高頻電容器的體積功率密度更高，可以減小電力電子變壓器的體積。然而，采用高頻電容器的技術方案存在著電壓變換變比固定不可調節的問題。

發明專利CN201010287926、CN20102053675等均是采用高頻電容實現電氣隔離。發明專利CN201310016540、CN201410135384、CN201510129159、CN201610274288、CN201710079402、CN201711082371、CN201811171060等均是采用中高頻變壓器實現電氣隔離。

發明內容

本發明的目的旨在克服現有電力電子變壓器采用高頻變壓器實現電氣隔離，存在電路拓撲復雜、效率低、體積大等缺點，而采用高頻電容實現電氣隔離存在電壓變換變比固定不可調節的問題，提出一種混合隔離型單相電力電子變壓器。

本發明混合隔離型單相電力電子變壓器由電容隔離型變換器、高頻變壓器隔離型變換器和濾波電感Lf組成。

所述的電容隔離型變換器由R個電容隔離功率模塊CM-1、CM-2、……、CM-R級聯連接構成，R為正整數。每個所述的電容隔離功率模塊均含有Z1、Z2、Z3、Z4四個連接端子。所述電容隔離型變換器中的第k電容隔離功率模塊CM-k連接端子Z2連接到第k+1電容隔離功率模塊CM-(k+1)連接端子Z1，1≤k≤R-1；所述電容隔離型變換器中的第1電容隔離功率模塊的CM-1連接端子Z1連接到M點；所述電容隔離型變換器中的第R電容隔離功率模塊CM-R的連接端子Z2連接到G點。

所述的高頻變壓器隔離型變換器由S個高頻隔離型功率模塊HM-1、HM-2、……、HM-S級聯連接構成，S為正整數。每個所述的高頻隔離型功率模塊均含有Y1、Y2、Y3、Y4四個連接端子。所述高頻變壓器隔離型變換器中的第k高頻隔離型功率模塊HM-k的連接端子Y2連接到第k+1高頻隔離型功率模塊HM-(k+1)的連接端子Y1，1≤k≤S-1；所述高頻變壓器隔離型變換器的第1高頻隔離型功率模塊HM-1的連接端子Y1連接到G點；所述高頻器變壓隔離型變換器的第S高頻隔離型功率模塊HM-S的連接端子Y2連接到N點。

所述濾波電感Lf的一端連接到M點，所述濾波電感Lf的另外一端連接到所述電容隔離功率模塊CM-1連接端子Z1。