配网级高频隔离型柔性直流换流器制造技术

本发明专利技术公开的配网级高频隔离型柔性直流换流器，由3n或6n个高频隔离型基本功率单元相互连接而成，所述高频隔离型基本功率单元包括依次连接的非隔离型DC/DC变换器、隔离型DC/DC变换器和非隔离型DC/AC变换器；所述非隔离型DC/DC变换器的输入端作为高频隔离型基本功率单元的直流输入端，所述非隔离型DC/DC变换器的输出端与隔离型DC/DC变换器的输入端相连接，所述隔离型DC/DC变换器的输出端与非隔离型DC/AC变换器的输入端相连接，所述非隔离型DC/AC变换器的输出端作为高频隔离型基本功率单元的交流输出端；本发明专利技术实现了中压直流电能到中压交流电能的双向传输、电气隔离、波形控制等功能，同时采用模块化串并联设计，便于扩展，能够满足中压、中小容量电能变换的需求。 1

A distribution network high frequency isolated flexible DC converter

The open distribution network level high frequency isolated flexible DC converter is connected by a 3N or 6N high frequency isolated basic power unit. The high frequency isolated basic power unit consists of a non isolated DC/DC converter, an isolated DC/DC converter and a non isolated DC/AC converter, and the non isolated DC/D converter. The input end of the C converter is used as the DC input end of the high frequency isolated basic power unit. The output end of the non isolated DC/DC converter is connected with the input end of the isolated DC/DC converter. The output end of the isolated DC/DC converter is connected with the input end of the non isolated DC/AC converter and the non isolated DC/AC transform. The output end of the device is used as the AC output end of the high frequency isolated basic power unit. The invention realizes the functions of two-way transmission, electrical isolation and waveform control of medium voltage DC power to medium voltage alternating current energy, and adopts modular series parallel design, which is convenient for expansion and can meet the demand of medium voltage and small capacity electric energy conversion. . One

【技术实现步骤摘要】
配网级高频隔离型柔性直流换流器
本专利技术属于配网级柔性直流输配电
，涉及配网级高频隔离型柔性直流换流器。
技术介绍
柔性直流输配电技术是一种比较新型的直流输配电技术，是构建智能电网的重要装备。与传统方式相比，柔性直流输配电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。基于电压源换流器(VSC,VoltageSourceConverter)和脉宽调制(PWM,PulseWidthModulation)技术的电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC,VoltageSourceConverterHigh-VoltageDirectCurrent)技术是柔性直流输电在发展中具有代表性的关键技术之一。其中，以模块化多电平换流器(MMC,ModularMultilevelConverter)为核心的电压源换流器型高压直流输电技术，具有扩展性好、谐波小、开关频率低、对器件一致触发要求少等优点，因而得到了越来越多的关注和研究。但是，传统的柔直输配电技术需要工频变压器完成升降压、电气隔离等功能，成本高，占地面积大，电能变换形式单一，接口匹配性差，在配网领域应用较少。固态变压器采用高频变换、隔离技术及模块化串并联技术，具有成本低、占地少、效率高、可控性高、智能化程度高等特点，能完成自检测、自诊断、自保护、自恢复等多种功能。此外，固态变压器方便与分布式发电技术、储能技术等配合，在智能电网、能源互联网等领域具有巨大的前景和发展空间。如何将固态变压器技术应用于柔性直流输配电领域也是一个亟待考虑的问题。
技术实现思路
本专利技术提出了配网级高频隔离型柔性直流换流器，实现了将模块化设计的固态变压器应用到配网级柔性直流输配电领域，并且功率等级和电压等级可以方便扩展，满足各种中压、中小容量的发电、配电、输电要求。为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案是：配网级高频隔离型柔性直流换流器，由3n或6n个高频隔离型基本功率单元相互连接而成，n为大于等于2的正整数，所述高频隔离型基本功率单元包括依次连接的非隔离型DC/DC变换器、隔离型DC/DC变换器和非隔离型DC/AC变换器；所述非隔离型DC/DC变换器的输入端作为高频隔离型基本功率单元的直流输入端，所述非隔离型DC/DC变换器的输出端与隔离型DC/DC变换器的输入端相连接，所述隔离型DC/DC变换器的输出端与非隔离型DC/AC变换器的输入端相连接，所述非隔离型DC/AC变换器的输出端作为高频隔离型基本功率单元的交流输出端。进一步，所述非隔离型DC/DC变换器采用二电平单相半桥拓扑、二电平单相全桥拓扑、三电平单相半桥拓扑或三电平单相全桥拓扑中的一种拓扑结构，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含相应的直流滤波电容，均以桥式电路的直流侧作为所述非隔离型DC/DC变换器的输出端，以另一侧作为所述非隔离型DC/DC变换器的输入端。进一步，所述非隔离型DC/AC变换器采用二电平全桥拓扑或者三电平全桥拓扑，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含交流滤波电感和相应的直流滤波电容，均以桥式电路的直流侧作为所述非隔离型DC/AC变换器的输入端，以另一侧作为所述非隔离型DC/AC变换器的输出端。进一步，所述隔离型DC/DC变换器包括依次连接的原边DC/AC变换器、原边阻抗网络、高频隔离变压器、副边阻抗网络和副边AC/DC变换器；所述原边DC/AC变换器的输入端作为隔离型DC/DC变换器的输入端，所述原边DC/AC变换器的输出端与原边阻抗网络的输入端相连接，所述原边阻抗网络的输出端与高频隔离变压器的输入端相连接，所述高频隔离变压器的输出端与副边阻抗网络的输入端相连接，所述副边阻抗网络的输出端与副边AC/DC变换器的输入端相连接，所述副边AC/DC变换器的输出端作为隔离型DC/DC变换器的输出端。进一步，所述原边DC/AC变换器和副边AC/DC变换器拓扑结构，拓扑结构采用二电平单相半桥拓扑、二电平单相全桥拓扑、二电平三相全桥拓扑、三电平单相半桥拓扑、三电平单相全桥拓扑或三电平三相全桥拓扑，均以桥式电路的直流侧作为所述原边DC/AC变换器的输入端或者所述副边AC/DC变换器的输出端，以另一侧作为所述原边DC/AC变换器的输出端或者所述副边AC/DC变换器的输入端。进一步，所述原边阻抗网络和副边阻抗网络两者采用相同的拓扑结构，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含相应的直流滤波电容；当所述原边DC/AC变换器和副边AC/DC变换器采用二电平单相半桥拓扑、二电平单相全桥拓扑、三电平单相半桥拓扑或三电平单相全桥拓扑时，原边阻抗网络和副边阻抗网络为每个端口有两个端子的二端口，内部对应两条支路，支路采用一条支路串联单电感的拓扑，或者一条支路串联电感和电容的拓扑，或者一条支路串联电感、两条支路间并联电容的拓扑；当所述原边DC/AC变换器和副边AC/DC变换器采用二电平三相全桥拓扑或三电平三相全桥拓扑时，原边阻抗网络和副边阻抗网络为每个端口有三个端子的二端口，内部对应三条支路，支路采用每条支路串联单电感的拓扑或每条支路串联电感和电容的拓扑。进一步，所述高频隔离型基本功率单元之间的连接采用基于三相并联技术的单极式高频隔离型换流器拓扑、基于三相并联技术的双极式高频隔离型换流器拓扑或者基于三相串联技术的双极式高频隔离型换流器拓扑。进一步，所述基于三相并联技术的单极式高频隔离型换流器拓扑包括3n个高频隔离型基本功率单元，3n个高频隔离型基本功率单元平均分为3组；每组的n个高频隔离型基本功率单元的直流输入端串联形成该组总的直流输入端，这3组的总的直流输入端并联形成系统的总的直流输入端；每组的n个高频隔离型基本功率单元的交流输出端串联形成一相，3个组共形成3相，3相再按照星型连接构成系统的总的交流输出端。进一步，所述基于三相并联技术的双极式高频隔离型换流器拓扑包括6n个高频隔离型基本功率单元，6n个高频隔离型基本功率单元平均分为3个大组，每个大组再平均分为两个小组；每个小组的n个高频隔离型基本功率单元的直流输入端串联形成该小组总的直流输入端，同一大组内两个小组的总的直流输入端串联形成这个大组的总的直流输入端，3个大组的总的直流输入端再并联形成系统的总的直流输入端；每个小组的n个高频隔离型基本功率单元的交流输出端串联形成该小组总的交流输出端，同一大组内两个小组的总的直流输入端再反相并联形成一相，3个大组共形成3相，3相再按照星型连接构成系统的总的交流输出端。进一步，所述基于三相串联技术的双极式高频隔离型换流器拓扑包括3n个高频隔离型基本功率单元，并将其平均分为3组；每组的n个高频隔离型基本功率单元的直流输入端串联形成该组总的直流输入端，这3组的总的直流输入端再串联形成系统的总的直流输入端；每组的n个高频隔离型基本功率单元的交流输出端串联形成一相，3个组共形成3相，3相再按照星型连接构成系统的总的交流输出端。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：1)本专利技术实现了中压直流电能到中压交流的电能双向传输、高频电气隔离、波形控制等功能。2)本专利技术摒弃了工频变压器，采用高频变换、隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：由3n或6n个高频隔离型基本功率

【技术特征摘要】
1.配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：由3n或6n个高频隔离型基本功率单元(1)相互连接而成，n为大于等于2的正整数，所述高频隔离型基本功率单元(1)包括依次连接的非隔离型DC/DC变换器(11)、隔离型DC/DC变换器(12)和非隔离型DC/AC变换器(13)；所述非隔离型DC/DC变换器(11)的输入端作为高频隔离型基本功率单元(1)的直流输入端，所述非隔离型DC/DC变换器(11)的输出端与隔离型DC/DC变换器(12)的输入端相连接，所述隔离型DC/DC变换器(12)的输出端与非隔离型DC/AC变换器(13)的输入端相连接，所述非隔离型DC/AC变换器(13)的输出端作为高频隔离型基本功率单元(1)的交流输出端。2.根据权利要求1所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述非隔离型DC/DC变换器(11)采用二电平单相半桥拓扑、二电平单相全桥拓扑、三电平单相半桥拓扑或三电平单相全桥拓扑中的一种拓扑结构，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含相应的直流滤波电容，均以桥式电路的直流侧作为所述非隔离型DC/DC变换器(11)的输出端，以另一侧作为所述非隔离型DC/DC变换器(11)的输入端。3.根据权利要求1所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述非隔离型DC/AC变换器(13)采用二电平全桥拓扑或者三电平全桥拓扑，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含交流滤波电感和相应的直流滤波电容，均以桥式电路的直流侧作为所述非隔离型DC/AC变换器(13)的输入端，以另一侧作为所述非隔离型DC/AC变换器(13)的输出端。4.根据权利要求1所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述隔离型DC/DC变换器(12)包括依次连接的原边DC/AC变换器(121)、原边阻抗网络(122)、高频隔离变压器(123)、副边阻抗网络(124)和副边AC/DC变换器(125)；所述原边DC/AC变换器(121)的输入端作为隔离型DC/DC变换器(12)的输入端，所述原边DC/AC变换器(121)的输出端与原边阻抗网络(122)的输入端相连接，所述原边阻抗网络(122)的输出端与高频隔离变压器(123)的输入端相连接，所述高频隔离变压器(123)的输出端与副边阻抗网络(124)的输入端相连接，所述副边阻抗网络(124)的输出端与副边AC/DC变换器(125)的输入端相连接，所述副边AC/DC变换器(125)的输出端作为隔离型DC/DC变换器(12)的输出端。5.根据权利要求4所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述原边DC/AC变换器(121)和副边AC/DC变换器(125)拓扑结构，拓扑结构采用二电平单相半桥拓扑、二电平单相全桥拓扑、二电平三相全桥拓扑、三电平单相半桥拓扑、三电平单相全桥拓扑或三电平三相全桥拓扑，均以桥式电路的直流侧作为所述原边DC/AC变换器(121)的输入端或者所述副边AC/DC变换器(125)的输出端，以另一侧作为所述原边DC/AC变换器(121)的输出端或者所述副边AC/DC变换器(125)的输入端。...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄浪，徐鹏，李直，侯丹，郝翔，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65