[发明专利]一种双极性软开关直流变压器

说明书

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及到固态变压器，特别涉及双极性软开关直流变压器。

背景技术

随着电力电子控制技术和器件制造技术的发展，基于全控型电压源换流器(VSC)的柔性直流输电获得了快速发展，尤其是随着多端柔性直流输电技术的发展，为直流组网提供了有效的技术途径，也激励着柔性直流技术向配电侧延伸。

为了实现不同电压等级的直流输配网的连接，也为了新能源电源的接入，以及储能系统的接入，和适应不同直流负载的应用，直流电压等级的变换和能量的传输控制将不可避免。但是直流电网中难以像交流变压器那样通过磁耦合的方式实现电压变换和能量的传输，因此必须基于电力电子技术通过直流变压器实现直流电压的变换和功率的双向传递。

专利CN201610243942.1公开了一种改进的开关电容接入的双向直流变压器及其控制方法，如图1所示，由n台完全相同的BDAB变换器在一个端口串联和另一个端口并联组成；在传统的双主动全桥的直流变换单元增加了两个辅助半导体开关，并整机增加了一个直流电抗，以减小所述双主动全桥的环流，减小高压侧的电流纹波，新增加的半导体开关也保持了高低压侧全桥逆变单元的对称性，从而保证了模块化的程度。但增加辅助半导体开关后导致该双向直流变压器不具有良好的软开关能力，也无法形成双极性低压直流端，另外增加器件无疑也造成成本的增加。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双极性软开关直流变压器，能够提升双极性软开关直流变压器的软开关能力，进而提高系统运行效率，并且能够提供双极性低压直流端。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种双极性软开关直流变压器，包括n个中压/高压侧串联、低压侧并联连接的BDAB变换器，n为任意正整数；BDAB变换器包括依次顺序连接的中压/高压侧主动全桥功率单元、隔离变压器和低压侧主动全桥功率单元；

中压/高压侧主动全桥功率单元包括与隔离变压器原边绕组串联的H桥结构模块，H桥结构模块由四个开关管作为桥臂组成，其中两个上桥臂的集电极均通过第二中间节点与第五开关管发射极相连，第五开关管集电极通过串联第一直流电容与两个下桥臂发射极相连；

低压侧主动全桥功率单元包括与隔离变压器副边绕组串联的低压侧全桥模块，低压侧全桥模块通过滤波单元滤波后引出双极性直流电压+VLV、0、-VLV。

进一步的，n个BDAB变换器中的第一BDAB变换器的中压/高压侧第一连接端子通过第一中压/高压侧串联电感与中压/高压直流配网的正极相连；第m+1台BDAB变换器的中压/高压侧第一连接端子与第m台BDAB变换器的中压/高压侧第二连接端子相连，1≤m<n；第n台BDAB变换器的中压/高压侧第二连接端子与中压/高压直流配网的负极相连。

进一步的，H桥结构模块的两个上桥臂的集电极均与第一连接端子相连，两个下桥臂均与第二连接端子相连。

进一步的，n个BDAB变换器BDAB-1、BDAB-2、…BDAB-n的低压侧第三连接端子均与低压直流侧的正极端+VLV相连，低压侧第五连接端子均与低压直流侧的负极端-VLV相连，低压侧第四连接端子均与低压直流侧的接地端相连。

进一步的，H桥结构模块第一上桥臂和第一下桥臂的第一中间节点与谐振电容、隔离变压器原边绕组、第二上桥臂和第二下桥臂的第二中间节点依次串联连接。

作为本发明第一实施例，低压侧全桥模块为三相桥结构；其中，第一相臂、第二相臂和第三相臂的上桥臂共集电极连接到低压侧第三连接端子，第一相臂、第二相臂和第三相臂的下桥臂共发射极连接到低压侧第五连接端子。

进一步的，第一相臂中间节点和第二相臂中间节点分别连接至隔离变压器副边绕组两端点，第三相臂中间节点经直流电感连接至低压侧第四连接端子接地。

进一步的，滤波单元包括第二直流电容和第三直流电容，第二直流电容正极端连接至低压侧第三连接端子，负极端连接至低压侧第四连接端子接地；第三直流电容正极端连接至低压侧第四连接端子接地，负极端连接至低压侧第五连接端子。

作为本发明第二实施例，低压侧全桥模块为由四个开关管作为桥臂组成的H桥结构，第一桥臂上、下桥臂的中间节点和第二桥臂上、下桥臂的中间节点分别连接至隔离变压器副边绕组两端点。