[发明专利]混合型直流电力电子变压器

说明书

技术领域

本发明涉及电压的变换装置技术领域，尤其涉及一种混合型直流电力电子变压器。

背景技术

直流电力电子变压器是未来直流输配电网、直流风力发电并网系统、直流光伏发电并网系统、船舰电力系统、轨道牵引供电系统、“能源互联网”等应用领域的重要设备，其主要功能是实现不同电压等级直流母线之间的电压变换、电气隔离和功率传输。

电力电子变压器为了适应高压大功率应用场合，通常采用模块化电路串并联技术，以解决电力电子器件耐压水平不足的限制问题。目前直流电力电子变压器采用的模块化电路主要有两类，即基于移相控制的双主动桥直流变换器(Dual Active Bridge，DAB)和串联谐振型直流变换器(Series Resonant Convert，SRC)。双主动桥直流变换器控制灵活，可以实现输出电压或传输功率的主动调节，但相对而言效率较低，而串联谐振型直流变换器工作于谐振状态时，具有很高的功率变换效率，但相对而言其电压或传输功率调节能力受限，当进行功率调节时，串联谐振型变换器将处于失谐状态或处于电流断续状态，从而降低了功率变换效率或功率密度。

因此，由单一的模块化电路构成的直流电力电子变压器实用性受到一定限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种利用双主动桥直流变换器实现电压或功率的主动调节并利用串联谐振型直流变换器实现大功率传输的混合型直流电力电子变压器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种混合型直流电力电子变压器，其特征在于：包括一个以上的双主动桥直流变换器以及两个以上的串联谐振型直流变换器，所述双主动桥直流变换器和串联谐振型直流变换器的直流输入侧之间串联连接后接入高压直流母线，用于适应高压侧直流母线的高电压等级；双主动桥直流变换器和串联谐振型直流变换器的直流输出侧之间并联后接入低压直流母线，用于向低压侧直流母线提供较大的功率；所述主动桥直流变换器用于通过移相控制，实现传输功率或输出电压的主动调节；所述谐振型直流变换器工作于谐振状态，用于根据输入和输出直流电压的变化自动调整传输功率；所述混合型直流电力电子变压器工作于电压控制模式或功率调节模式。

进一步的技术方案在于：所述双主动桥直流变换器包括第一高压侧单相全控桥、第一高频变压器和第一低压侧单相全控桥，所述第一高压侧单相全控桥的输入端为所述主动桥直流变换器的直流输入侧，所述第一高压侧单相全控桥的输出端与所述第一高频变压器的初级连接，所述第一高频变压器的次级与所述第一低压侧单相全控桥的输入端连接，所述第一低压侧单相全控桥的输出端为所述双主动桥直流变换器的直流输出侧。

进一步的技术方案在于：所述双主动桥直流变换器还包括电感L_t，所述第一高压侧单相全控桥的输出端经所述电感L_t与所述第一高频变压器的初级连接。

进一步的技术方案在于：所述串联谐振型直流变换器包括第二高压侧单相全控桥、谐振电路、第二高频变压器和第二低压侧单相全控桥，所述第二高压侧单相全控桥的输入端为所述串联谐振型直流变换器的直流输入侧，所述第二高压侧单相全控桥的输出端经所述谐振电路与所述第二高频变压器的初级连接，所述第二高频变压器的次级与所述第二低压侧单相全控桥的输入端连接，所述第二低压侧单相全控桥的输出端为所述串联谐振型直流变换器的直流输出侧。

进一步的技术方案在于：所述单相全控桥的直流侧的两端之间均并联有电容器。

进一步的技术方案在于：所述高频变压器的绕组匝数比根据双主动桥直流变换器和串联谐振型变换器串联数目、高低直流母线电压等级确定。

进一步的技术方案在于：所述谐振电路包括串联连接的电容C_r以及电感L_r。

进一步的技术方案在于，所述的电压控制模式具体为：当低压直流母线电压偏低时，双主动桥直流变换器采用移相控制，增大移相比，进而增加传输功率，使输出直流电压升高；当低压直流母线电压偏高时，双主动桥直流变换器采用移相控制，减小移相比，进而减小传输功率，使输出直流电压降低，通过上述调节，最终使低压直流母线电压维持在参考值；在上述调节过程中，双主动桥直流变换器和串联谐振型直流变换器的输入电压随输出电压的变化重新分配，而保持串联总直流电压为高压直流母线电压不变。