[发明专利]一种模块化器件串联式直流变压器及其控制方法与应用

说明书

本发明属于电力电子技术领域，公开一种模块化器件串联式直流变压器及其控制方法与应用，包括高频隔离变压器Tsubgt;r/subgt;及其连接的高压侧结构与低压侧结构，其中，高压侧结构包括滤波电感Lsubgt;f/subgt;、子模块支路SSB、全桥变换器FBsubgt;1/subgt;以及与高频隔离变压器Tsubgt;r/subgt;的高压侧串联的传输电感Lsubgt;r/subgt;；低压侧结构包括全桥变换器FBsubgt;2/subgt;和滤波电容Csubgt;L/subgt;，全桥变换器FBsubgt;2/subgt;中第一桥臂和第二桥臂中点分别与高频隔离变压器Tsubgt;r/subgt;低压侧的两端连接，全桥变换器FBsubgt;2/subgt;的直流侧端口与滤波电容Csubgt;L/subgt;相并联后与低压侧直流端口的正负极对应连接。本发明解决了传统串联开关器件面临的同步驱动与动态驱动问题，且实现了零电压开关，且可以提升该直流变压器在较宽的电压和功率范围内的运行性能。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种模块化器件串联式直流变压器及其控制方法与应用。

背景技术

随着可再生能源发电技术的迅速发展和直流负荷的日益丰富，直流配电网因其大容量和低损耗等特性得到了广泛研究及应用。作为连接不同电压等级直流电网的关键设备，直流变压器具备端口电压变换、传输功率控制和故障保护等重要功能，且呈现出高电压等级、高工作频率、大传输功率的发展趋势。

以典型的中压直流电网应用场景为例，现有的解决方案主要包括基于高压SiC开关器件直流变压器、基于开关器件串联的直流变压器、多个子单元变换器串并联构成的直流变压器以及含有模块化多电平变换器(ModularMultilevel Converter,MMC)中典型子模块串联结构的直流变压器。然而，上述方案中现阶段存在的多种技术难点和生产成本等问题限制了其实际应用，存在进一步改进和优化的空间。其中主要问题包括现有商用SiC器件的成本过高且耐流水平较低，串联开关器件存在同步驱动与动态均压问题，级联型变压器工作电压范围有限、功率密度较低。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种模块化器件串联式直流变压器及其控制方法与应用，解决了传统串联开关器件面临的同步驱动与动态驱动问题，且实现了零电压开关，且可以提升该直流变压器在较宽的电压和功率范围内的运行性能，从而实现了降低该直流变压器运行损耗、提高动态性能、提升运行可靠性的目标。

本发明的具体技术方案如下：

一种模块化器件串联式直流变压器，包括高频隔离变压器T_r及其连接的高压侧结构与低压侧结构，

所述高压侧结构包括滤波电感L_f、子模块支路SSB、全桥变换器FB₁以及与高频隔离变压器T_r的高压侧串联的传输电感L_r，所述子模块支路SSB与全桥变换器FB₁的直流侧接口相并联，且两者并联后的正极经滤波电感L_f与高压侧直流端口的正极相连，两者并联后的负极与高压侧直流端口的负极直接连接；所述全桥变换器FB₁的第一半桥中点经传输电感L_r与高频隔离变压器T_r的高压侧的一端相连，所述全桥变换器FB₁的第二半桥中点与高频隔离变压器T_r的高压侧的另一端直接连接；