[發(fā)明專利]一種直流變換系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110842999.4
• 申請(qǐng)日: 2021-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN113612401B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何志興;肖子衡;羅安;汪亮;管仁鋒;李宗鑒;周奔;劉陽(yáng);徐千鳴;覃俊杰;周樂(lè)明;唐昱煊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/5387
• 分類號(hào): H02M7/5387;H02M7/5388;H02M7/487;H02M3/335
• 代理公司: 長(zhǎng)沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 王娟;馬強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種直流變換系統(tǒng)及其控制方法，直流變換系統(tǒng)包括多個(gè)三端口直流變壓器子模塊，每個(gè)子模塊的輸入負(fù)端與輸出正端相連形成公共端。每個(gè)子模塊的輸入端串聯(lián)，最后一個(gè)子模塊的輸出端可以作為變換器的輸出端實(shí)現(xiàn)高變比降壓；每個(gè)子模塊的輸出端串聯(lián)，第一個(gè)子模塊的輸入端可以作為變換器的輸入端實(shí)現(xiàn)高變比升壓。每個(gè)子模塊包括逆變電路、諧振電路、高頻變壓器和整流電路。本發(fā)明無(wú)需高絕緣變壓器；子模塊高壓側(cè)均壓容易實(shí)現(xiàn)；解決了子模塊因故障旁路時(shí)沖擊電流大、輸入電容掉電后子模塊控制器無(wú)法向主控制器發(fā)送子模塊狀態(tài)信息、輸入電容掉電后旁路開關(guān)誤動(dòng)作、以及啟動(dòng)時(shí)輸入電容電壓發(fā)散的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于三端口直流變壓器的自均壓高直流轉(zhuǎn)換比直流變換器及其控制方法。

背景技術(shù)

在高壓直流發(fā)生器、醫(yī)療電源等低壓輸入高壓輸出場(chǎng)合以及中壓直流配電網(wǎng)、海底觀測(cè)網(wǎng)供電系統(tǒng)等高壓輸入低壓輸出場(chǎng)合，具有高直流轉(zhuǎn)換比的直流變換器是實(shí)現(xiàn)功率傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備之一。在低壓輸入高壓輸出場(chǎng)合中的高直流轉(zhuǎn)換比直流變換器常采用模塊化輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在高壓輸入低壓輸出場(chǎng)合中的高直流轉(zhuǎn)換比直流變換器常采用模塊化輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)結(jié)構(gòu)。在上述兩種結(jié)構(gòu)中，由于不同的子模塊在高壓側(cè)串聯(lián)、低壓側(cè)并聯(lián)，因此每個(gè)子模塊都需要高絕緣變壓器。相比于常規(guī)變壓器，高絕緣變壓器的漏感和分布電容較難控制，制作成本也相對(duì)較高。在輸出電壓閉環(huán)控制中，由于輸出電壓采樣電路和子模塊的控制電路位于高低壓兩側(cè)，因此控制系統(tǒng)無(wú)法避免高壓反饋，在子模塊數(shù)量較多的時(shí)候大幅增大了變換器的結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜度。輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)結(jié)構(gòu)還存在如下問(wèn)題：1)子模塊的控制電難以獲得。外供電的取能方式需要昂貴的高絕緣的輔助電源，且往往需要額外的不間斷電源提升取能的可靠性。自取能方式可靠性低，在啟動(dòng)與子模塊旁路時(shí)存在諸多問(wèn)題。2)故障的子模塊難以旁路，旁路瞬時(shí)將產(chǎn)生極大的沖擊電流，不利于故障的快速清除。3)自取能方式下，子模塊輸入電容掉電會(huì)導(dǎo)致子模塊控制器無(wú)法向主控制器發(fā)送狀態(tài)信息。4)被旁路的故障子模塊控制電掉電導(dǎo)致旁路開關(guān)再次閉合，將故障子模塊再次投入。5)在啟動(dòng)時(shí)，由于輔助電源具有恒功率源性質(zhì)，使得子模塊輸入電容電壓發(fā)散。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種直流變換系統(tǒng)及其控制方法，避免高壓反饋，防止子模塊電壓發(fā)散和旁路時(shí)子模塊控制器掉電。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種直流變換系統(tǒng)，包括多個(gè)直流變壓器子模塊；所有直流變壓器子模塊的高壓側(cè)串聯(lián)，所有直流變壓器子模塊的低壓側(cè)串聯(lián)；每個(gè)直流變壓器子模塊的負(fù)輸入端與該直流變壓器子模塊的正輸出端連接。

本發(fā)明采用三端口直流變壓器結(jié)構(gòu)，每個(gè)子模塊的輸出端與其相鄰子模塊的輸入端并聯(lián)，使得每個(gè)子模塊的變壓器連接在相鄰的輸入電容之間，從而避免了高絕緣變壓器的使用，即可以避免高壓反饋，大幅降低了變換器的結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜度。本發(fā)明的三端口直流變壓器具有輸出電壓跟隨輸入電壓的特性，使得變換器在串聯(lián)端口的子模塊電壓自然均衡，避免了子模塊電壓發(fā)散。對(duì)于相鄰的兩個(gè)直流變壓器子模塊，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)直流變壓器子模塊的輸入電容電壓高于第二個(gè)直流變壓器子模塊的輸入電容電壓時(shí)，第一個(gè)直流變壓器子模塊的傳輸功率增大，第一個(gè)直流變壓器子模塊的輸入電容電壓降低，第二個(gè)直流變壓器子模塊的輸入電容電壓升高，從而可以實(shí)現(xiàn)輸入電壓均衡；當(dāng)?shù)谝粋€(gè)直流變壓器子模塊的輸入電容電壓低于第二個(gè)直流變壓器子模塊的輸入電容電壓時(shí)，第一個(gè)直流變壓器子模塊的傳輸功率為零，第一個(gè)直流變壓器子模塊的輸入電容電壓升高，第二個(gè)直流變壓器子模塊的輸入電容電壓降低，從而可以實(shí)現(xiàn)輸入電壓均衡。

所述直流變壓器子模塊包括依次連接的逆變電路、諧振電路、高頻變壓器和整流電路；所述逆變電路與輸入電容并聯(lián)；所述整流電路與輸出濾波電容并聯(lián)。對(duì)于相鄰的兩個(gè)直流變壓器子模塊，第一個(gè)直流變壓器子模塊的輸入電容與第二個(gè)直流變壓器子模塊的輸入電容串聯(lián)，第一個(gè)直流變壓器子模塊的輸出濾波電容與第二個(gè)直流變壓器子模塊的輸入電容并聯(lián)。采用上述結(jié)構(gòu)可以使得每個(gè)子模塊內(nèi)部的高頻變壓器接在兩個(gè)相鄰的輸入電容之間，從而避免了高絕緣變壓器的使用。