基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器，可实现低压直流到高压交流的变换，该变换器的单相及三相拓扑结构均由单级式高频隔离型模块构成，三相结构可以星形连接或角形连接，每个模块由上、下两个子模块组成，子模块包括前级主动H桥、高频变压器、后级主动H桥以及电压钳位电路四个部分。本发明专利技术属于单级式功率变换，因此各模块的高压侧不再需要电容支撑，相比两级式的模块化级联变换器可减少电容的使用，减小了装置体积、成本，同时也解决了传统单级式变换器二次侧换流、电压尖峰等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器
本专利技术涉及隔离型模块化级联功率变换技术，具体涉及一种基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器。
技术介绍
电力电子变压器在新能源并网中的应用越来越广泛。为了提高高压侧电压等级，目前的电力电子变压器广泛采用模块化级联结构，比如级联H桥型，根据功率变换的级数，大部分的模块化级联结构均采用两级式的功率变换系统如图1所示，而两级式功率变换存在的问题是各模块高压侧需要大量稳压电容来缓冲单相系统二次功率波动，使得装置体积大、功率密度低、成本高昂；同时各模块间存在电压不均衡，需要复杂电压平衡控制，降低了系统可靠性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器，该变换器属于单级式功率变换，因此各模块高压侧不再需要电容支撑及均压控制，同时也解决了传统单级式变换器二次侧换流、电压尖峰等问题，能实现低压直流、高压交流之间的功率变换。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器，所述变换器的单相结构包括一滤波电感Lf，一低压直流侧电容CdcL和n个单级式高频隔离型模块，n个单级式高频隔离型模块间以输入并联输出串联(IPOS)的结构形式连接，各单级式高频隔离型模块的低压直流端口(A、B)并联构成单相变换器的低压直流端口(PL、NL)，各单级式高频隔离型模块的高压交流端口(C、D)串联，第一个单级式高频隔离型模块的C端口串联一个滤波电感Lf后作为高压交流正极端口PH，模块n的D端口引出线作为高压交流负极端口NH；所述变换器的三相结构包括三个单相结构和一个并联在低压直流母线的低压直流侧电容CdcL，三个单相结构的低压直流端口分别并联在低压直流母线上，根据各相结构高压交流端口之间连接方式的不同可分为星形连接和角形连接。优选地，采用星形连接时，三个单相结构的高压交流负极端口(NH(a)、NH（b)、NH(c))作星形连接；采用角形连接(101)时，A相结构的高压交流负极端口(NH(a))连接B相单元的高压交流正极端口(PH(b))，B相结构的高压交流负极端口(NH(b))连接C相结构的高压交流正极端口(PH(c))，C相结构的高压交流负极端口(NH(c))连接A相结构的高压交流正极端口(PH(a))。优选地，所述单级式高频隔离型模块由上子模块、下子模块和低压直流侧电容CdcL构成，上子模块、下子模块均由前级主动H桥、高频变压器、后级主动H桥以及电压钳位电路组成，前级主动H桥连接高频变压器的原边，后级主动H桥以及钳位电路连接高频变压器的副边，上子模块的前级主动H桥的正、负极端口(P1、N1)和下子模块的前级主动H桥的正、负极端口(P2、N2)分别并联作为低压直流端口(A、B），后级主动H桥端口串联构成高压交流端口(C、D)，低压直流侧电容CdcL并联在低压直流端口；前级主动H桥和后级主动H桥均由带有4个反并联二极管的主动开关管组成，各主动开关管的集电极分别与各自的续流二极管的阴极相连接，发射极分别与各自的续流二极管的阳极相连接。优选地，所述上子模块的调制比为交直流混合调制比du＝D+d，下子模块的调制比为交直流混合调制比dl＝D-d，其中，D为直流公共调制比，d为交流调制比，且不同相间的交流调制比相差120°；所述上子模块端口(C、O)的输出电压为带有交、直流分量的正极性高频电压方波，下子模块端口(O、D)的输出电压为带有交、直流分量的负极性高频电压方波，单级式高频隔离型模块(1)的端口(C、D)输出电压为仅有交流分量的具有正负极性的高频电压方波。优选地，所述上子模块的前级主动H桥包括一个第一主动开关管Q1、一个第二主动开关管Q2、一个第三主动开关管Q3和一个第四主动开关管Q4；第一主动开关管Q1与第三主动开关管Q3串联，第二主动开关管Q2与第四主动开关管Q4串联，两个串联桥臂并联，即第一主动开关管Q1的集电极和第二主动开关管Q2的集电极的相连作为该主动H桥的正极端口P1，第三主动开关管Q3的发射极和第四主动开关管Q4的发射极相连作为该主动H桥的负极端口N1；第一主动开关管Q1的发射极和第三主动开关管Q3的集电极相连后与第一高频变压器T1原边端E连接，第二主动开关管Q2的发射极和第四主动开关管Q4的集电极相连后与第一高频变压器T1原边的另一端子F连接；上子模块的后级主动H桥包括一个第五主动开关管Q5、一个第六主动开关管Q6、一个第七主动开关管Q7和一个第八主动开关管Q8；第五主动开关管Q5与第七主动开关管Q7串联，第六主动开关管Q6与第八主动开关管Q8串联，两个串联桥臂并联，即第五主动开关管Q5的集电极和第六主动开关管Q6的集电极相连作为该主动H桥的正极端口C，第七主动开关管Q7的发射极和第八主动开关管Q8的发射极相连作为该主动H桥的负极端口Q；第五主动开关管Q5的发射极和第七主动开关管Q7的集电极相连后与第一高频变压器T1副边端G连接，第六主动开关管Q6的发射极和第八主动开关管Q8的集电极相连后与第一高频变压器T1副边的另一端子H连接。优选地，所述上子模块的高频变压器部分包括一个第一高频变压器T1，端子(E、F)为第一高频变压器T1原边的两个端子，端子(G、H)为第一高频变压器T1副边的两个端子，端子(E、G)为同名端；所述下子模块的高频变压器部分包括一个第二高频变压器T2，端子(I、J)为第二高频变压器T2原边的两个端子，端子(K、L)为第二高频变压器T2副边的两个端子，端子(I、K)为同名端；优选地，所述上子模块的电压钳位电路包括一个第一二极管D1、一个第二二极管D2、一个第三二极管D3、一个第四二极管D4、一个第一电容C1和一个第一电阻R1，第一二极管D1与第三二极管D3串联后分别与第一电容C1、第一电阻R1并联，第二二极管D2与第四二极管D4串联后分别与第一电容C1、第一电阻R1并联，第一二极管D1、第二二极管D2的阴极与第一电容C1、第一电阻R1的正极相连，第三二极管D3、第四二极管D4的阳极与第一电容C1、第一电阻R1的负极相连，第一二极管D1的阳极与第三二极管D3的阴极、第一高频变压器T1副边端G相连接，第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阴极、第一高频变压器T1副边另一端H相连接。优选地，所述下子模块的前级主动H桥包括一个第九主动开关管Q9、一个第十主动开关管Q10、一个第十一主动开关管Q11和一个第十二主动开关管Q12；第九主动开关管Q9与第十一主动开关管Q11串联，第十主动开关管Q10与第十二主动开关管Q12串联，两个串联桥臂并联，即第九主动开关管Q9的集电极和第十主动开关管Q10的集电极相连作为该主动H桥的正极端口P2，第十一主动开关管Q11的发射极和第十二主动开关管Q12的发射极相连作为该主动H桥的负极端口N2；第九主动开关管Q9的发射极和第十一主动开关管Q11的集电极相连后与第二高频变压器T2原边端I连接，第十主动开关管Q10的发射极和第十二主动开关管Q12的集电极相连后与第二高频变压器T2原边的另一端子J连接。所述下子模块的后级主动H桥包括一个第十三主动开关管Q13、一个第十四主动开关管Q14、一个第十五主动开关管Q15和一个第十六主动开关管Q16：第十三主动开关管Q13与第十五主动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器，其特征在于：所述变换器的单相结构(10)包括一滤波电感Lf，一低压直流侧电容CdcL和n个单级式高频隔离型模块(1)，n个单级式高频隔离型模块(1)间以输入并联输出串联的结构形式连接，各单级式高频隔离型模块(1)的低压直流端口(A、B)并联构成单相变换器的低压直流端口(PL、NL)，各单级式高频隔离型模块(1)的高压交流端口(C、D)串联，第一个单级式高频隔离型模块(1)的C端口串联一个滤波电感Lf后作为高压交流正极端口PH，模块n的D端口引出线作为高压交流负极端口NH；所述变换器的三相结构包括三个单相结构(10)和一个并联在低压直流母线的低压直流侧电容CdcL，三个单相结构(10)的低压直流端口分别并联在低压直流母线上，根据各相结构高压交流端口之间连接方式的不同可分为星形连接(100)和角形连接(101)。

【技术特征摘要】
1.基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器，其特征在于：所述变换器的单相结构(10)包括一滤波电感Lf，一低压直流侧电容CdcL和n个单级式高频隔离型模块(1)，n个单级式高频隔离型模块(1)间以输入并联输出串联的结构形式连接，各单级式高频隔离型模块(1)的低压直流端口(A、B)并联构成单相变换器的低压直流端口(PL、NL)，各单级式高频隔离型模块(1)的高压交流端口(C、D)串联，第一个单级式高频隔离型模块(1)的C端口串联一个滤波电感Lf后作为高压交流正极端口PH，模块n的D端口引出线作为高压交流负极端口NH；所述变换器的三相结构包括三个单相结构(10)和一个并联在低压直流母线的低压直流侧电容CdcL，三个单相结构(10)的低压直流端口分别并联在低压直流母线上，根据各相结构高压交流端口之间连接方式的不同可分为星形连接(100)和角形连接(101)。2.如权利要求1所述的基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器，其特征在于：采用星形连接(100)时，三个单相结构(10)的高压交流负极端口(NH(a)、NH(b)、NH(c))作星形连接；采用角形连接(101)时，A相结构的高压交流负极端口(NH(a))连接B相单元的高压交流正极端口(PH(b))，B相结构的高压交流负极端口(NH(b))连接C相结构的高压交流正极端口(PH(c))，C相结构的高压交流负极端口(NH(c))连接A相结构的高压交流正极端口(PH(a))。3.如权利要求1所述的基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器，，其特征在于：所述单级式高频隔离型模块由上子模块(2)、下子模块(3)和低压直流侧电容CdcL构成，上子模块(2)、下子模块(3)均由前级主动H桥、高频变压器、后级主动H桥以及电压钳位电路组成，前级主动H桥连接高频变压器的原边，后级主动H桥以及钳位电路连接高频变压器的副边，上子模块的前级主动H桥的正、负极端口(P1、N1)和下子模块的前级主动H桥的正、负极端口(P2、N2)分别并联作为低压直流端口(A、B)，后级主动H桥端口串联构成高压交流端口(C、D)，低压直流侧电容CdcL并联在低压直流端口；前级主动H桥和后级主动H桥均由带有4个反并联二极管的主动开关管组成，各主动开关管的集电极分别与各自的续流二极管的阴极相连接，发射极分别与各自的续流二极管的阳极相连接。4.如权利要求3所述的基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器，其特征在于：所述上子模块(2)的调制比为交直流混合调制比du＝D+d，下子模块(3)的调制比为交直流混合调制比dl＝D-d，其中，D为直流公共调制比，d为交流调制比，且不同相间的交流调制比相差120°；所述上子模块(2)端口(C、O)的输出电压为带有交、直流分量的正极性高频电压方波，下子模块(3)端口(O、D)的输出电压为带有交、直流分量的负极性高频电压方波，单级式高频隔离型模块(1)的端口(C、D)输出电压为仅有交流分量的具有正负极性的高频电压方波。5.如权利要求3所述的基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器，其特征在于：所述上子模块(2)的前级主动H桥(21)包括一个第一主动开关管Q1、一个第二主动开关管Q2、一个第三主动开关管Q3和一个第四主动开关管Q4；第一主动开关管Q1与第三主动开关管Q3串联，第二主动开关管Q2与第四主动开关管Q4串联，两个串联桥臂并联，即第一主动开关管Q1的集电极和第二主动开关管Q2的集电极的相连作为该主动H桥的正极端口P1，第三主动开关管Q3的发射极和第四主动开关管Q4的发射极相连作为该主动H桥的负极端口N1；第一主动开关管Q1的发射极和第三主动开关管Q3的集电极相连后与第一高频变压器T1原边端E连接，第二主动开关管Q2的发射极和第四主动开关管Q4的集电极相连后与第一高频变压器T1原边的另一端子F连接；6.如权利要求3所述的基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器，其特征在于：上子模块(2)的后级主动H桥(22)包括一个第五主动开关管Q5、一个第六主动开关管Q6、一个第七主动开关管Q7和一个第八主动开关管Q8；第五主动开关管Q5与第七主动开关管Q7串联，第六主动开关管Q6与第八主动开关管Q8串联，两个串联桥臂并联，即第五主动开关管Q5的集电极和第六主动开关管Q6的集电极相连作为该主动H桥的正极端口C，第七主动开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘闯，蔡国伟，温联鑫，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22