[發(fā)明專利]一種模塊化混合型直流功率放大器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310334115.3
• 申請(qǐng)日: 2023-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116388703A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷懷廣;周靜;劉棟;李彬彬;楊杰;高陽(yáng);寇龍澤;韓林潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司;哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H03F1/32
• 分類(lèi)號(hào): H03F1/32;H03F3/68;H03F3/20;H03F1/42
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 王恒

一種模塊化混合型直流功率放大器，涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域。它包括核心單元和外圍配置單元，核心單元包括模塊化開(kāi)關(guān)功率放大單元和線性功率放大單元，外圍配置單元包括聯(lián)網(wǎng)變壓器輸入單元和橋臂控制單元；聯(lián)網(wǎng)變壓器為三相結(jié)構(gòu)。測(cè)量單元采集核心單元中的電壓電流等信息，并通過(guò)通信單元實(shí)現(xiàn)與主控制單元、橋臂控制單元之間的數(shù)據(jù)據(jù)交互，主控制單元與橋臂控制單元配合實(shí)現(xiàn)對(duì)核心單元的控制。本發(fā)明綜合利用了線性功率放大單元響應(yīng)帶寬高、輸出精度高的優(yōu)勢(shì)，以及開(kāi)關(guān)功率放大單元損耗低、可串聯(lián)承擔(dān)高壓、高功率密度的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了解決了現(xiàn)有功率放大器無(wú)法同時(shí)具備較大電壓、功率等級(jí)和較高帶寬、較快動(dòng)態(tài)性能的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于四象限數(shù)?；旌戏抡妗掝l高精度受控電壓源、電力電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

數(shù)?；旌戏抡嫒诤狭藢?shí)時(shí)仿真的便捷性與物理實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，既可以對(duì)大規(guī)模電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字仿真，也可以對(duì)需要重點(diǎn)研發(fā)的電力電子設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，為新型裝備的研究與測(cè)試帶來(lái)極大的靈活性，是進(jìn)行電力電子化電力系統(tǒng)等關(guān)鍵裝備研究和測(cè)試驗(yàn)證的有效手段。目前，數(shù)模混合仿真技術(shù)相關(guān)研究仍較為初步，存在諸多技術(shù)難題，特別是數(shù)模混合仿真接口的特性直接決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性，是數(shù)?；旌戏抡婕夹g(shù)研究的重點(diǎn)。其中，功率放大器將仿真所得數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為功率信號(hào)，驅(qū)動(dòng)物理裝置，是數(shù)?；旌戏抡嬷械年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。

功率放大器應(yīng)具備高帶寬、高精度、低延時(shí)、高壓擺率、高電壓輸出等特點(diǎn)，以適應(yīng)直流電網(wǎng)等電力電子化電力系統(tǒng)數(shù)?；旌戏抡娴膶掝l化特性以及潮流反轉(zhuǎn)、系統(tǒng)故障、負(fù)荷投切等復(fù)雜工況。同時(shí)，該功率放大器不僅適用于電力系統(tǒng)科研院所、高校的實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究，也適用于電網(wǎng)以外的航天航空、車(chē)船動(dòng)力、汽車(chē)工業(yè)等多學(xué)科、多領(lǐng)域的數(shù)?；旌戏抡鏈y(cè)試。除數(shù)模混合仿真外，功率放大器還可以作為可編程受控電壓源為各類(lèi)負(fù)載供電，或者用于水下電聲換能系統(tǒng)、阻抗模擬(電子負(fù)載)、掃頻等場(chǎng)景，應(yīng)用前景廣泛。

為適應(yīng)數(shù)模混合仿真等應(yīng)用的快速性需求，具有更高輸出帶寬的線性功率放大器受到廣泛關(guān)注。線性功率放大器中晶體管被偏置在線性區(qū)，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)僅受制于晶體管的寄生參數(shù)，因此線性功率放大器一般具有優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能和低延時(shí)特點(diǎn)。但線性功放不具備功率回饋能力，只能通過(guò)電阻耗能的方式，或?qū)⒒仞伖β氏{在晶體管上，因此線性功放的效率較低、往往需要大體積的散熱裝置，功率等級(jí)受到限制。以Spitzenberger公司的PVS7500為例，其額定輸出功率為7.5kW，重量卻達(dá)600公斤。

開(kāi)關(guān)型功率放大器與線性功放正好相反，其電路中功率器件均工作在飽和區(qū)和截止區(qū)，這使得開(kāi)關(guān)功放的效率較高適用于大功率的應(yīng)用場(chǎng)景。開(kāi)關(guān)功放是通過(guò)面積等效的方式將參考信號(hào)轉(zhuǎn)化為輸出的功率信號(hào)，所以開(kāi)關(guān)功放的輸出中不僅有放大后的參考信號(hào)還包含大量開(kāi)關(guān)頻率及高次諧波使其精度相對(duì)較低。而為提高輸出精度，模塊化開(kāi)關(guān)功率放大單元(1)往往需要在輸出側(cè)增設(shè)無(wú)源濾波器將開(kāi)關(guān)頻率諧波濾掉。這種方案雖然能使諧波帶來(lái)的精度下降問(wèn)題有所改善，但濾波器帶來(lái)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)變化可能惡化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也降低了開(kāi)關(guān)功放的帶寬和動(dòng)態(tài)性能，使壓擺率受限，無(wú)法滿足各類(lèi)應(yīng)用對(duì)寬頻帶、高精度、低延時(shí)功放的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有功率放大器無(wú)法同時(shí)具備較大電壓、功率等級(jí)和較高帶寬、較快動(dòng)態(tài)性能的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種模塊化混合型直流功率放大器，使電壓、功率等級(jí)靈活拓展，以滿足數(shù)?；旌戏抡娴葢?yīng)用的需求。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種模塊化混合型直流功率放大器，它包括核心單元和外圍配置單元，核心單元包括模塊化開(kāi)關(guān)功率放大單元(1)和線性功率放大單元(2)，外圍配置單元包括聯(lián)網(wǎng)變壓器(31)、測(cè)量單元(32)、匯集單元(33)、通信單元(34)、主控制單元(35)、保護(hù)單元(36)、信號(hào)輸入單元(37)和橋臂控制單元(38)；聯(lián)網(wǎng)變壓器為三相結(jié)構(gòu)；

模塊化開(kāi)關(guān)功率放大單元(1)采用模塊化多電平換流器結(jié)構(gòu)，模塊化多電平換流器的交流側(cè)通過(guò)聯(lián)網(wǎng)變壓器(31)與交流電源相連，線性功率放大單元(2)與模塊化開(kāi)關(guān)功率放大單元(1)的橋臂串聯(lián)；