[發明專利]一種直流變壓器

在審

• 申請號: 202011016564.6
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112187054A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 柳龍;曹建博;張帆;石松;辛德鋒;劉增哲
• 申請（專利權）人: 西安許繼電力電子技術有限公司;許繼電氣股份有限公司;許繼集團有限公司
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;H02M3/335
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 朱曉娟

本發明公開了一種直流變壓器，包括：若干個DC/DC變換器；若干個DC/DC變換器的高壓側串聯連接，若干個DC/DC變換器的低壓側并聯連接；DC/DC變換器包括：串聯連接的高壓側單元、變壓器單元和低壓側單元；DC/DC變換器的高壓側單元包括：半橋三電平拓撲結構子單元。通過在高壓側采用半橋三電平拓撲結構，在同等的器件耐壓條件下，實現了子模塊輸入電壓為常規電壓的2倍，可減少子模塊數量的一半，從而大幅減少了直流變壓器的體積和成本，提高了功率密度。

技術領域

本發明涉及電力設備制造技術領域，特別涉及一種直流變壓器。

背景技術

隨著國內直流配網工程的增加，在直流配網技術領域的迅速發展，直流設備在實際直流配網工程中得到了更加廣泛的應用，其中直流變壓器設備作為直流系統中至關重要的裝置也越來越受關注。目前的直流配網中，大多數工程示范聚焦在中壓與低壓之間的電壓變換和功率交換，在這種高壓輸入，輸出大電流的應用背景下，均采用ISOP型直流變壓器，而目前直流變壓器的子模塊大多采用兩電平拓撲結構，此方案存在一些缺點，如：兩電平拓撲中開關管的電壓應力較大，特別在較高的電壓應用場合，需要多個模塊串聯才能滿足要求，較多的串聯模塊數導致系統發生故障的概率增大、體積增大、成本增加，影響系統的穩定性和可靠性，并增加了系統維護的工作量及系統占地面積。

當前，直流變壓器已有多種技術方案。其中，專利1《一種直流變壓器及其控制方法》的技術方案：其子模塊采用雙有源變換器和混合型雙有源變換器，第一類雙有源變換器功率模塊采用低壓側或高壓側儲能電容電壓閉環和移相控制方式，第二類混合型雙有源變換器功率模塊的諧振型雙有源橋變換器采用開環的占空比為50％方波的電壓輸出控制方式，第二類功率模塊的移相型雙有源橋變換器采用高壓側儲能電容電壓閉環和移相控制方式；其缺點為：電路拓撲復雜，且均采用雙有源變換器為兩電平型拓撲，單模塊電壓等級低，具有成本高體積大問題。專利2《一種基于級聯DAB結構的直流變壓器》的技術方案：其子模塊采用DAB變換器，通過對輸入側半導體開關的協調控制，可實現全冗余功能，當系統內某一直流變換子模塊任何一個部分發生故障時，可以迅速旁路故障的子模塊，做到全冗余，保證直流變壓器的安全可靠運行；其缺點為：子模塊采用兩電平DAB拓撲，單模塊電壓等級低，具有成本高體積大問題。專利3《高壓直流變壓器及其控制方法》的技術方案：其子模塊采用倍壓整流變換器，可以在高壓直流配電系統內部的部分電路出現損壞或故障時，可以將其與其余電路隔離開，且不影響整個直流變壓器的正常工作，同時也不會改變高壓和低壓側的直流電壓等級，可以提高高壓直流到低壓直流變換器運行的可靠性；其缺點為：子模塊后級采用倍壓整流電路，但前級是半橋電路，單模塊電壓等級低，具有成本高體積大問題。專利4《一種多重模塊化直流變壓器》的技術方案：通過將現有技術中集中的高頻交流變壓器離散為多個變壓器的模塊化設計，在減小高頻交流變壓器制造難度的同時減小了高頻隔離環節電壓應力；且每個子模塊均是一個直流變換器，可以獨立調試和運行，也可以串并聯組合成高壓大容量的直流變壓器運行，有效提高了系統效率；其缺點為：子模塊采用MMC拓撲，提高了單模塊的電壓等級，但所需功率器件增多，仍具有體積大成本高問題。

發明內容

本發明實施例的目的是提供一種直流變壓器，通過在高壓側采用半橋三電平拓撲結構，在同等的器件耐壓條件下，實現了子模塊輸入電壓為常規電壓的2倍，可減少子模塊數量的一半，從而大幅減少了直流變壓器的體積和成本，提高了功率密度。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種直流變壓器，包括：若干個DC/DC變換器；

所述若干個DC/DC變換器的高壓側串聯連接，所述若干個DC/DC變換器的低壓側并聯連接；

所述DC/DC變換器包括：串聯連接的高壓側單元、變壓器單元和低壓側單元；

所述DC/DC變換器的高壓側單元包括：半橋三電平拓撲結構子單元。

進一步地，所述高壓側單元還包括：buck-boost電路子單元和第一諧振電容；