[發(fā)明專(zhuān)利]一種直流變壓器及其軟啟動(dòng)控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010796325.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112003477A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 燕翚;聞福岳;王宇紅;朱寧輝;韓明月;張加林;顧然;史明明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中電普瑞電力工程有限公司;南瑞集團(tuán)有限公司;國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司;國(guó)家電網(wǎng)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02M3/335
• 分類(lèi)號(hào): H02M3/335;H02M1/36
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國(guó)文

本發(fā)明提供一種直流變壓器及其軟啟動(dòng)控制方法，直流變壓器包括故障隔離電壓均衡模塊和DC/DC換流器；故障隔離電壓均衡模塊一側(cè)連接高壓直流母線(xiàn)，其基于相同頻率且不同占空比實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)；DC/DC換流器一側(cè)連接故障隔離電壓均衡模塊的另一側(cè)，另一側(cè)連接低壓直流母線(xiàn)，其基于開(kāi)關(guān)周期和移相角實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。本發(fā)明避免使用串電阻和增加輔助電路，提高了直流變壓器可靠性，降低了損耗，能夠確保直流變壓器在穩(wěn)定運(yùn)行前可以實(shí)現(xiàn)安全啟動(dòng)，軟啟動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)單，具有通用性和實(shí)用性，且通過(guò)采用固定頻率且不同占空比對(duì)故障隔離電壓均衡模塊進(jìn)行軟啟動(dòng)，大大減小了直流變壓器在啟動(dòng)過(guò)程IGBT和LC諧振元件過(guò)沖電流和電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及直流配電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直流變壓器及其軟啟動(dòng)控制方法。

背景技術(shù)

隨著城市發(fā)展、用電負(fù)荷快速增加、分布式能源與儲(chǔ)能大量接入配網(wǎng)，加之電力電子技術(shù)日益成熟，直流配電已成為配電網(wǎng)發(fā)展的重要方向。直流配電網(wǎng)是一個(gè)具有先進(jìn)的能源管理系統(tǒng)的智能、穩(wěn)定的交直流混合廣域網(wǎng)絡(luò)。與交流配電系統(tǒng)相比，直流配電網(wǎng)有傳輸效率高、損耗小等優(yōu)勢(shì)，并且能夠有效避免電壓波動(dòng)和閃變、頻率偏移、諧波污染等問(wèn)題，改善電能質(zhì)量、提高電網(wǎng)可靠性。直流變壓器作為為直流配電網(wǎng)的核心，應(yīng)具備可電氣隔離、高效小型化、可實(shí)現(xiàn)功率雙向流動(dòng)、電壓諧波含量低等技術(shù)需求。

直流變壓器按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：基于模塊化多電平換流閥的直流變壓器、超高壓器件型直流變壓器、輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)型直流變壓器(即ISOP型直流變壓器)，其中ISOP型直流變壓器最常用，ISOP型直流變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般包括雙有源橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(即DAB)、LLC型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和CLLC型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中LLC型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過(guò)多個(gè)高頻變壓器實(shí)現(xiàn)不同電網(wǎng)間的電氣隔離及電壓匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)功率的雙向傳輸，輸入側(cè)串聯(lián)解決了功率半導(dǎo)體器件耐壓低與電網(wǎng)高電壓之間的矛盾，而輸出側(cè)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)大電流輸出，每個(gè)DCDC模塊采用移相橋式結(jié)構(gòu)或諧振橋式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效率的能量轉(zhuǎn)換。ISOP型直流變壓器中毎個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)相同，可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，有利于標(biāo)準(zhǔn)化及成本控制。功率單元采用諧振型結(jié)構(gòu)或移相型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，同時(shí)功率半導(dǎo)體器件可以工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)，降低開(kāi)關(guān)損耗。

直流變壓器作為整個(gè)能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的一部分，現(xiàn)有技術(shù)中一般采用串電阻和增加輔助電路的方法對(duì)直流變壓器進(jìn)行軟啟動(dòng)控制，雖然能夠避免在對(duì)輸出側(cè)電容進(jìn)行預(yù)充電時(shí)出現(xiàn)較大的沖擊電流和過(guò)大的電壓振蕩危及器件安全，但由于電阻和增加輔助電路中器件較多，且工作時(shí)會(huì)發(fā)熱，導(dǎo)致直流變壓器可靠性低，損耗大，且控制過(guò)程復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中可靠性低，損耗大且控制過(guò)程復(fù)雜的不足，本發(fā)明提供一種直流變壓器，包括：故障隔離電壓均衡模塊和DC/DC換流器；

故障隔離電壓均衡模塊一側(cè)連接高壓直流母線(xiàn)，其基于相同頻率且不同占空比實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)；

所述DC/DC換流器一側(cè)連接故障隔離電壓均衡模塊的另一側(cè)，另一側(cè)連接低壓直流母線(xiàn)，其基于開(kāi)關(guān)周期和移相角實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。

所述故障隔離電壓均衡模塊包括旁路開(kāi)關(guān)K1、旁路開(kāi)關(guān)K2、限流電阻、電壓均衡支路和直流支撐電容支路；

所述電壓均衡支路、直流支撐電容支路和旁路開(kāi)關(guān)K2均連接于高壓直流母線(xiàn)的正極端和負(fù)極端之間，且所述電壓均衡支路和直流支撐電容支路均與旁路開(kāi)關(guān)K2并聯(lián)，所述旁路開(kāi)關(guān)K1與限流電阻并聯(lián)后，連接于旁路開(kāi)關(guān)K2與電壓均衡支路之間。

所述電壓均衡支路包括IGBT支路和LC支路；

所述IGBT支路包括多個(gè)首尾相連的IGBT模塊，每個(gè)IGBT模塊包括兩個(gè)首尾相連的IGBT1和IGBT2；

所述LC支路包括比IGBT模塊少一個(gè)的LC諧振模塊，多個(gè)LC諧振模塊串聯(lián)，且每個(gè)LC諧振模塊包括諧振電感和與諧振電感串聯(lián)的諧振電容；

每個(gè)LC諧振模塊的兩端分別與相鄰兩個(gè)IGBT模塊的中間引出點(diǎn)連接。