[发明专利]双极性直流变压器、及其控制方法和装置

说明书

本发明公开了一种双极性直流变压器、及其控制方法和装置，其中，双极性直流变压器包括：至少两个功率子模块，各功率子模块的高压侧端口依次串联形成双极性直流变压器的高压侧直流端口，各功率子模块的低压侧端口并联形成双极性直流变压器的低压侧直流端口，功率子模块包括：高压侧子电路、变压器以及低压侧子电路，其中：高压侧子电路包括：并联连接的高压侧电容器和高压侧H桥电路，高压侧电容器与高压侧直流端口并联连接，高压侧H桥电路与变压器的高压侧绕组连接，低压侧子电路包括：低压侧电感组合、以及并联连接的低压侧电容器组合和低压侧H桥电路，低压侧电感组合与变压器的低压侧绕组连接，低压侧电容器组合与低压侧直流端口并联连接。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种双极性直流变压器、及其控制方法和装置。

背景技术

直流变压器(DC transformer，DCT)是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的高频电能变换技术相结合(工作频率相对于工频变压器更高)，将一种直流电压变换成另一种或多种直流电压的新型电力电子设备。直流变压器在分布式新能源及储能应用、智能电网和能源互联网等领域具有广泛的应用前景和巨大的市场价值。

直流变压器一般采用输入串联输出并联(Input Series Output Parallel，ISOP)结构，其核心功率单元采用双有源桥(Dual Active Bridge，DAB)或者双向谐振电路(CLLC)，通过高频斩波、变压器隔离、高频整流来实现一种直流电压到另一种或多种直流电压的变换。

低压直流配网一般采用双极性供电形式，具有更高的灵活性和可靠性。双极性供电一般包括伪双极和真双极两种实现形式。

具有伪双极特性的直流变压器结构比较简单，参见图1，可利用接地电阻或者电容的中点接地，目前应用较为广泛。然而，对于具有伪双极特性的直流变压器，负载只能连接在正、负输出端口两端，正母线对地端口和负母线对地端口不能独立带载。

具有真双极特性的直流变压器结构较为复杂，体积大，成本高，因此对其研究和应用较少。但是，随着直流变压器技术在低压直流配网中的快速推广应用，越来越多的场合需要直流变压器具有真双极特性。换句话说，具有真双极特性的直流变压器拓扑和控制技术具有广阔的研究和应用前景。图2-图3示出了目前的具有真双极特性的直流变压器，如图2所示，为常规真双极特性的直流变压器，其需要两套独立的直流变压器，成本高，体积大。图3是利用电压均衡器实现真双极特性的直流变压器，其需要额外的电压平衡器及其控制保护装置，成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双极性直流变压器、及其控制方法和装置，以解决上述提及的至少一个问题。

根据本发明的第一方面，提供一种双极性直流变压器，该双极性直流变压器包括：至少两个功率子模块，各功率子模块的高压侧端口依次串联形成所述双极性直流变压器的高压侧直流端口，各功率子模块的低压侧端口并联形成所述双极性直流变压器的低压侧直流端口，所述功率子模块包括：高压侧子电路、变压器以及低压侧子电路，其中：所述高压侧子电路包括：并联连接的高压侧电容器和高压侧H桥电路，所述高压侧电容器与所述高压侧直流端口并联连接，所述高压侧H桥电路与所述变压器的高压侧绕组连接，所述低压侧子电路包括：低压侧电感组合、以及并联连接的低压侧电容器组合和低压侧H桥电路，所述低压侧电感组合与所述变压器的低压侧绕组连接，所述低压侧电容器组合与所述低压侧直流端口并联连接。