[发明专利]多端口模块化多电平DC-DC变压器

说明书

本发明公开了一种多端口模块化DC‑DC变压器，由N个DC‑DC子模块SM₁～SM_N串联组成，所述DC‑DC子模块由多个半桥子模块及各侧的控制阀构成；所述半桥子模块包含由IGBT及反向并联二极管构成的开关器件以及子模块电容，所述各侧的控制阀由IGBT与反向并联二极管构成，用于在DC‑DC子模块中存在两个或两个以上半桥子模块处于切除状态时，在半桥子模块电容之间构成内部回路；所述DC‑DC变压器；通过改变各次侧投入子模块数量，实现对各侧变比进行调节。与现有技术相比，本发明通过各侧变比调节，实现单节点传输功率灵活分配控制，具备直流潮流控制能力；经济性优势显著，体积小，利于推广应用。

技术领域

本发明涉及变压器设计领域，特别是涉及提出一种多端口模块化多电平DC-DC变压器。

背景技术

风能、光伏等可再生能源具有波动性、间歇性特点。当其大规模接入电网时，对交流电网的安全稳定运行产生深远影响。随着直流输电技术的快速发展，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。

然而可再生能源通常单机容量较小，需要经过能源汇集升压输送。实现新能源汇集输送是直流变压器的重要应用场景和多端口接入实现新能源汇集的前提。同时直流电网多电压等级变换以及潮流控制存在着单个节点实现多电压等级变换以及功率潮流优化调控分配的需求，多端口多电压等级变压器可以充分发挥控制的灵活性，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，然而结构复杂，体积庞大，经济性差等问题仍未得到有效解决。

发明内容

针对目前柔性直流系统中需要解决的多端口直流电压等级灵活变换及潮流控制问题，本发明提出一种多端口模块化多电平DC-DC变压器，在单个电压节点实现多端口多电压等级直流电压变换，基于各端口侧子模块独立动态投切的直流变压器，进而灵活控制直流系统潮流。

本发明的一种多端口模块化DC-DC变压器，由N个DC-DC子模块SM₁～SM_N串联组成，其特征在于，所述DC-DC子模块由多个半桥子模块及各侧的控制阀构成；其中：

所述半桥子模块中包含由IGBT及反向并联二极管构成的开关器件以及子模块电容；所述各侧的控制阀由IGBT与反向并联二极管构成，用于在DC-DC子模块中存在两个或两个以上半桥子模块处于切除状态时，在半桥子模块电容之间构成内部回路，实现DC-DC子模块内部电容均压；所述DC-DC变压器，通过改变各次侧投入半桥子模块数量，实现对各侧变比进行调节；

当所述半桥子模块处于投入状态时，控制阀关断；

当所述半桥子模块处于切除状态时，控制阀导通；

当M端口直流变压器各侧投入半桥子模块数目分别为N₁,N₂,…,N_M时，各侧直流电压U₁,U₂,…,U_M满足变比关系为：

U₁:U₂:…:U_M＝N₁:N₂:…:N_M

对于功率流入侧，优先投入内部电容的电容电压较低的半桥子模块，投入状态期间的半桥子模块电容处于充电状态，电容电压上升；而内部电容的电容电压较高的子模块则处于切除状态，此时控制阀导通，半桥子模块内部电容接入内部电容回路与其他侧内部电容进行能量交换，维持各侧内部电容的电容电压均衡；