[发明专利]级联模块化多电平动态投切DC‑DC变压器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种级联模块化的多电平动态投切DC-DC变压器。

背景技术

可再生能源具有波动性、间歇性特点。风能、光伏等新能源大规模接入电网，对交流电网的安全稳定运行产生深远影响。柔性直流输电技术快速发展，为实现风能、光伏发电大规模集中接入，电网互联，城市及孤岛供电等问题提供了有效解决方案。然而柔性直流输电技术仍然存在若干问题亟需解决。

类似于交流电网中的交流变压器，DC-DC变压器是实现直流多电压等级变换以及直流潮流控制的关键设备。目前，国内外学者提出众多DC-DC变换拓扑，然而体积庞大，经济性差等问题仍未得到有效解决。针对直流变压器实现直流电压等级变换以及当前存在的问题，本方案基于一种模块化多电平动态投切DC-DC直流变压原理，设计一种级联模块化多电平动态投切DC-DC变压器。

国内外学者已经提出多种DC-DC变压器拓扑，其中隔离型模块化多电平DC-DC变压器较为广泛接受，但是存在结构复杂，体积较大，经济性较差，控制系统复杂的问题。

发明内容

针对目前柔性直流系统中需要解决的直流电压等级变换，兼顾设备体积与经济性，本发明提出一种级联模块化多电平动态投切DC-DC变压器，针对直流电网亟待解决的直流电压等级变换功能，考虑设备体积及经济性设计一种级联子模块动态投切的直流变压器。

本发明提出的一种级联模块化多电平动态投切DC-DC变压器，所述变压器包括变压器A、B两部分，所述变压器A、B两部分之间的级联部分安装稳压电容C；所述变压器A、B均包含一组串联的5个变压子模块，变比分别设置为k₁、k₂：

其中，U₁为变压器一次侧电压，U₂为级联部分电压，U₃为变压器二次侧电压；单个变压器变比k₁、k₂调节范围满足变压子模块数量限制

当两级变压器分别配置N_SUM1、N_SUM2个变压子模块时，变压效果等同于单个配置了N_SUM1×N_SUM2个变压子模块的变压器；

所述变压子模块为由两个半桥子模块以及设置于这两个子模块之间的隔离开关S₁、S₂构成的可实现功率双向流动的对称结构；所述半桥子模块与隔离开关之间并联设置电容C₁、C₂；其中，单个半桥子模块中除了包含两个串联的由IGBT T₁、T₂及反向并联二极管D₁、D₂构成的开关器件以外，还包括一个由IGBT T₃及反向并联二极管D₃构成的开关器件。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1、借助变压器级联，大幅减少子模块数量，无需交流变压器，经济性优势显著，同时由于大幅减少所需电容数量，能有效减小直流变压器体积，利于推广应用；

2、通过动态调节级联变压器变比即可实现变比动态调节。

附图说明

图1为模块化多电平动态投切DC-DC变压器基本电路拓扑图；

图2为DC-DC直流变压器子模块结构图；

图3为子模块工作状态示意图；(a)子模块工作状态1、(b)子模块工作状态2、(c)子模块工作状态3、(d)子模块工作状态4；

图4为本发明的级联模块化多电平DC-DC变压器电路拓扑图；

图5为单级与两级级联变压器变比k范围对比效果图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步的详细描述。

如图1所示，为模块化多电平动态投切DC-DC变压器电路拓扑图。该DC-DC变压器由N个子模块串联组成，U₁、U₂分别为一次侧、二次侧电压；N₁、N₂为一次侧、二次侧投入的子模块数量。

如图2所示，为DC-DC直流变压器子模块结构图。DC-DC子模块由两个半桥子模块及中间隔离开关构成，隔离开关S₁，S₂由IGBT与反向并联二极管构成。DC-DC子模块结构对称，可实现功率双向流动。