用于输送HVDC电流的DC/DC转换器的非线性控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种双向多级DC/DC转换器及其非线性控制，适合于在至少一个能量源与一电力分配网路之间转移电力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于输送HVDC电流的DC/DC转换器的非线性控制装置
本专利技术涉及高电压直流（HVDC)电力输送领域。更特别地，本专利技术涉及DC/DC转换 器装置的非线性控制。
技术介绍
目前在大量的电力网络工程中都在研究可再生能量的大规模生产，这些工程中的 能量源与消耗体相距几十甚至几百千米。 有建议使用风能或潮汐能以产生离岸发电场，从而得益于有利的气流或洋流以及 更大的可用面积。目前通过位于广阔的荒漠地区中的太阳能发电厂来利用光电能。 这些发电厂或发电场由大量的能量源（风力涡轮机、潮汐发电机、太阳能板）以及 相关的电力电子设备构成。这样的发电厂的电力电子设备通常经由使用交变电流（AC)的 三相线被连接到远程电力分配网络。 然而，最新发展旨在使用HVDC线代替AC线。 术语高电压指的是大于10千伏（kV)的电压。 通过使用高电压直流线得到很多的优点。这些优点包括： 仅需要两个导体而不是针对AC的三个导体； DC电力传输线中的容性电流非常小； 高电压的使用可以减小电缆传输的电流，并由此减小由于焦耳（Joule)效应导致 的传输线中的损耗；以及 HVDC的使用消除了在使用多个AC源时遇到的同步问题。 此外，已知对于离岸发电厂而言，只有HVDC线能够被用于超过60千米（km)的海 底连接。 图la为当能量源为风力发电场时使用HVDC传输线的电力网络的框图。 网络1由风力发电场类型的能量源10组成，能量源10在取决于风的强度的功率 水平上以低电压传递三相AC。 电力网络1包括AC/DC转换器或整流器20,以及低电压DC/高电压DC转换器30。 转换器20和30被安装在风力发电场附近的水下平台中。 AC/DC转换器20将能量源10所提供的三相AC电压转换为单相DC电压。DC/DC 转换器30将来自整流器20的输出端的低电压DC转换为高电压DC，从而将其注入HVDC电 缆40,例如，长度为几百千米的电缆。这些电缆被连接到基于海岸的DC/AC转换器50 (或换 流器），从而使得可以将电力以三相AC形式提供给电力分配网络60。 图lb为当能量源为太阳能发电厂时使用HVDC传输线的电力网络的框图。图lb 和la中所述的具有相同附图标记的网络的各个组件具有相同的功能并因而不再赘述以求 简明。 在图lb中，网络1由太阳能发电厂类型的能量源10'组成，该来源以取决于太阳 光总量的功率水平传递低电压DC。电力网络1包括一 DC/DC转换器20'（及其控制装置）， 该DC/DC转换器20'实时地实现用于太阳能发电厂的最大功率点跟踪（MPPT)技术。DC/DC 转换器30将DC/DC转换器20'输出端的低电压DC转换为高电压DC。 在图la和lb所示的视图中，转换器30是双向的。该特性是基本的，因为该特性 使得动态能量存储能够实现，从而为电力分配网络60传递恒定电力，而不考虑能量源提供 的电力的变化并且不考虑能量需求的变化。 因此，存储电池组70a、70b被分别放置在DC/DC转换器30的低电压侧和高电压侧 以实现动态能量存储。转换器30的双向特点被进一步用于对所述存储电池组进行充电。 当电源为太阳能发电厂类型时，存储电池组70a还被用于实时地实现最大功率点 跟踪技术。 应当注意到，目前进行的有些研究旨在设计出一种能够从多个能量源接收电力的 双向DC/DC转换器30,从而通过HVDC电缆40将电力总量转移到电力分配网络60。该研究 尝试利用可再生能量源的互补性。 图lc为当能量源包括例如彼此相距几千米远的太阳能发电厂和风力发电场时使 用HVDC传输线的电力网络1的框图。图lc、lb和la中所述的具有相同附图标记的网络的 各个组件具有相同的功能并因而不再赘述以求简明。在网络1中，DC/DC转换器从多个能 量源接收低电压DC并且将高电压转移到电力分配网络60。 能够想到针对双向DC/DC转换器的各种拓扑结构，以实施低电压DC/高电压DC转 换器30的功能。双有源桥（DAB)拓扑最近成为了深度研究的主题，因为它使得软切换技术 能够得以实现（也被称为自发切换）并且因为它对杂散电感不敏感。此外，该拓扑结构使 用一在低电压与高电压之间有利地提供隔离的变压器。 最后，DAB拓扑的优点在于使得可以实现基于使用任意占空比的调制技术，从而减 小变压器的无功功率以及切换损耗。可以使用零电压切换（ZVS)或零电流切换（ZCS)来操 作开关以减小切换损耗。 图2中示出了 DAB拓扑中的DC/DC转换器的一个示例。该DC/DC转换器包括被对 称地安装并且被变压器21所隔离的两个双向DC/AC转换器20a、20b，该变压器21包括有初 级21a、次级21b以及漏电感21c。 举例来说，变压器21基于单一磁芯，该单一磁芯在芯的两个分支中具有线圈。 一个双向DC/AC转换器20a连接到初级21a的端子，同时另一双向DC/AC转换器 20b连接到次级21b的端子。 变压器的变压系数m大于或等于1，以使得连接到次级的端子处的双向DC/AC转换 器20b被称为高电压转换器。与之相反，另一个双向DC/AC转换器被称为低电压转换 器20a。 如果DAB拓扑DC/DC转换器被整合到图la或lb的图中，则低电压转换器20a连 接到整流器20或者DC/DC转换器20'的输出端并且在其端子处具有电压V in，而高电压转 换器20b连接到HVDC线40并且在其端子处具有电压Vwt。 高电压转换器20b和低电压转换器20a中的每个都包含多个单相桥式配置的开 关。 因此，低电压转换器20a包括四个开关J1、J2、J3和J4以及一个电容器C1。开关 J1和J3位于第一臂中，而开关J2和J4位于第二臂中。谐振电容器C1在桥的输入端与第 一臂并联连接。初级21a通过开关J1和J3之间的第一节点以及开关J2和J4之间的第二 节点连接到低电压转换器20a。 高电压转换器20b包括四个开关J5、J6、J7和J8以及一个电容器C2。开关J5和 J7位于第二臂中，而开关J6和J8位于第一臂中。谐振电容器C2与第一臂并联连接。次级 20b通过开关J6和J8之间的第一节点以及开关J5和J7之间的第二节点连接到高电压转 换器20b。 开关Jl、J2、J3、J4、J5、J6、J7和J8为传统的双向场效应晶体管（FET)。开关的 双向性以及变压器21的使用赋予DAB拓扑DC/DC转换器双向特性。 变压器的大小为L的漏电感21c在切换周期T期间作为低电压DC/AC转换器20a 与高电压DC/AC转换器之间的能量转移部件。为此，还可以在初级与低电压转换器20a之 间串联连接或并联连接一个线圈。 DAB拓扑DC/DC转换器的开关借助于控制电路进行控制。 当DAB拓扑DC/DC转换器被用于将电力从低电压转换器20a转移到高电压转换器 20b时，对低电压转换器的开关Jl、J2、J3和J4进行控制以在切换周期T期间将低电压转 换器20a的端子处的电压Vin转换为初级21a处的AC电压V' in。低电压DC/AC转换器中 的电流因此为正。对高电压转换器20b的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括n个转换级的多级DC/DC转换器，n大于或等于2，所述转换器适合于以双向方式在至少一个单独DC电压源(10；10')与一DC电压网络源(60)之间转移电力，所述网络源的电压(Vout‑total)大于所述单独电源中的每个的电压，所述n个转换级中的每个包括：转换器模块(30')，适合于以双向方式在所述单独DC电压源之一与所述DC电压网络源之间转移电力，所述转换器模块(30')包括一具有初级绕组(21a)和次级绕组(21b)以及漏电感(21c)的变压器(21)，所述变压器的变压系数(m)大于1，所述转换器模块(30')进一步包括第一转换器(20a)和第二转换器(20b)，所述转换器中的每个在单相桥式配置中包括多个栅极受控双向开关(J1，J2，J3，J4，J5，J6，J7，J8)用于将DC电压转换为AC电压，所述第一转换器(20a)被连接到所述初级绕组(21a)的端子，所述第二转换器(20b)被连接到所述次级绕组(21b)的端子，所述初级绕组(21a)在其端子处具有第一AC电压(V'in)并且所述次级绕组在其端子处具有第二AC电压(V'out)，所述第一转换器(20a)在其端子处具有由单独电源给予该单独电源所连接的端子的第一DC电压，并且所述第二转换器(20b)在其端子处具有所述网络源给予的第二DC电压；所述n个转换级中的每个的所述第二转换器(20b)被并联，所述第二转换器(20b)输出的n个电压的总和(Vout)等于所述网络源的电压(Vout‑total)，其特征在于，所述n个转换级中的每个另外包括：在所述n个转换级的每个中皆相同的独立控制模块，适合于控制所述转换级的所述转换器模块(30')，所述控制模块被连接到所述转换器模块(30')的开关(J1，J2，J3，J4，J5，J6，J7，J8)的栅极处以在切换周期T期间对所述开关的切换状态进行控制，所述控制模块被配置为将所述第一转换器(20a)中的电流(i1)的值与参考电流(im1‑ref)进行比较，并且被配置为对因通过切换所述开关(J1，J2，J3，J4，J5，J6，J7，J8)而在所述变压器(21)的所述初级绕组(21a)处的AC电压与所述次级绕组(21b)处的AC电压之间引起的相位偏移(d)进行调整，所述调整依据所述比较的结果来对所述转换器模块(30')所输送的电力进行调整。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.04 FR 12541241. 一种包括η个转换级的多级DC/DC转换器，η大于或等于2,所述转换器适合于以双 向方式在至少一个单独DC电压源（10 ;10'）与一 DC电压网络源（60)之间转移电力，所述 网络源的电压（Vwt_t(rtal)大于所述单独电源中的每个的电压，所述η个转换级中的每个包 括： 转换器模块（30'），适合于以双向方式在所述单独DC电压源之一与所述DC电压网络源 之间转移电力，所述转换器模块（30'）包括一具有初级绕组（21a)和次级绕组（21b)以及 漏电感（21c)的变压器（21)，所述变压器的变压系数（m)大于1，所述转换器模块（30'）进 一步包括第一转换器（20a)和第二转换器（20b)，所述转换器中的每个在单相桥式配置中 包括多个栅极受控双向开关（J1，J2，J3，J4，J5，J6，J7，J8)用于将DC电压转换为AC电压， 所述第一转换器（20a)被连接到所述初级绕组（21a)的端子，所述第二转换器（20b)被连 接到所述次级绕组（21b)的端子，所述初级绕组（21a)在其端子处具有第一 AC电压（V'in) 并且所述次级绕组在其端子处具有第二AC电压（V' _)，所述第一转换器（20a)在其端子处 具有由单独电源给予该单独电源所连接的端子的第一 DC电压，并且所述第二转换器（20b) 在其端子处具有所述网络源给予的第二DC电压； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿波德尔克里姆·本希伊布，米格尔·希门尼斯·卡里索萨，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH