一种DC-DC电能传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种DC‑DC电能传输系统，包括第一、二直流端口、DC‑DC功率变换器和单向半导体开关；第一直流端口正、负极分别与功率变换器直流输入端口正、负极连接，还分别外接供电直流系统；第二直流端口正负极分别外接受电直流系统，其中正极连接功率变换器直流输出端口正极及单向半导体开关负极，负极连接至第一直流端口负极；单向半导体开关正极与功率变换器直流输出端口负极连接，第一直流端口正极与单向半导体开关正极连接。本发明专利技术在功率变换器直流输出端口正负极之间反向并联单向半导体开关，将功率变换器输入端正极连接至单向半导体开关正极，当功率变换器因故障失效时，通过单向半导体开关恢复电能传输，提高电能传输系统可靠性，极大降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种DC-DC电能传输系统
本专利技术属于电力传输领域，更具体地，涉及一种DC-DC电能传输系统。
技术介绍
随着分布式发电技术和直流配电技术的发展，可再生能源发电系统经DC-DC电能传输系统直接并入直流配电网的需求正日益增长。在低压小容量的DC-DC电能传输系统中，boost变换器以及buck-boost变换器等基本的DC-DC变换器是首选的技术方案，但将该类技术方案应用于中高压大容量场景时，将面临高技术难度、高成本的问题，存在较大的局限性。在中高压大容量的DC-DC电能传输领域，以直流自耦变压器、基于双有源桥(DoubleActiveBridge,DAB)功率单元构建的直流变压器等为代表的DC-DC变换器技术方案得到大量关注与研究。申请号为109600049A的专利公开了一种直流固态变压器，该直流固态变压器用于传输功率时，所传输电能需要经过两次变换，即先将直流电能转换为交流电能，然后再进一步将交流电能转换为直流电能。由于电能变换次数较多，因而会带来较大电能损耗。当该直流固态变压器应用于中、高压场合时，还存在功率单元模块数量多、系统复杂以及成本较高的缺陷。此外，当该直流固态变压器失效时，直流固态变压器高、低压侧不同直流系统之间的能量传输通道将中断，降低了能量传输的可靠性。专利201410024869.X提出了一种立体式直流-直流变换器，用于互联两个电压等级不同的直流系统，其内部VSC换流器单元采用三相电压源换流器结构。在中高压应用场合，专利201410024869.X虽然可以解决专利109600049A中存在的功率单元模块数量多、系统复杂、成本较高、损耗高的缺项。但是当专利201410024869.X内部的VSC换流器单元因故障失效时，该立体式直流-直流变换器将失去电能传输能力，同样存在能量传输的可靠性问题。因此，对于已公开的DC-DC变换器(如前面所述的boost变换器、直流固态变压器、立体式直流-直流变换器等)而言：一方面，当DC-DC变换器因故障失效时，其两侧直流系统之间的能量传输通道将中断，因此需要进一步提升上述技术方案的可靠性；另一方面，当现有已公开的部分技术方案应用于中高压场合时，存在技术难度大功率单元模块数量多且容量大、系统复杂、成本较高的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种DC-DC电能传输系统，用以解决现有电能传输系统中当DC-DC变换器故障而无法传输电能时而存在电能传输中断进而导致电能传输成本高的技术问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种DC-DC电能传输系统，包括第一直流端口、第二直流端口、DC-DC功率变换器和单向半导体开关；所述第一直流端口的正、负极分别与所述DC-DC功率变换器的直流输入端口的正、负极连接，还分别外接供电直流系统的正、负端口；所述第二直流端口的正、负极分别外接受电直流系统的正、负端口，其中，正极还连接所述DC-DC功率变换器的直流输出端口的正极以及所述单向半导体开关的负极，负极还连接至所述第一直流端口的负极；所述单向半导体开关的正极与所述DC-DC功率变换器的直流输出端口的负极连接，所述第一直流端口正极还与所述单向半导体开关的正极连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在DC-DC功率变换器的直流输出端口的正负极之间反向并联单向半导体开关，并且同时将DC-DC功率变换器的输入端正极连接至单向半导体开关的正极，当DC-DC电能传输系统内部的DC-DC功率变换器因故障失效时，通过单向半导体开关自动恢复供电直流系统和受电直流系统之间的电能传输，具备零响应时间特性，避免导致供电直流系统和受电直流系统之间的电能传输中断，极大提高DC-DC电能传输系统的可靠性与可利用率。另外通过将DC-DC功率变换器的输入端正极连接至DC-DC功率变换器的输出端负极，并且进一步将DC-DC功率变换器的输入端负极连接至第二直流端口的负极，可以减小DC-DC功率变换器的设计容量和电能损耗，进而减小DC-DC功率变换器的体积与成本，极大地提高DC-DC电能传输系统的经济性。上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述DC-DC功率变换器的个数为n，n为正整数；且当n＞1时，n个所述DC-DC功率变换器组合连接，且其中一个DC-DC功率变换器的直流输入端口的正极与所述第一直流端口的正极连接；其中一个DC-DC功率变换器的直流输入端口的负极与所述第一直流端口的负极连接；其中一个DC-DC功率变换器的直流输出端口的正极与所述第二直流端口的正极连接，其中一个DC-DC功率变换器的直流输出端口的负极与所述单向半导体开关的正极连接。进一步，当n＞1时，所述n个DC-DC功率变换器的直流输入端口采用并联连接方式分别与所述第一直流端口连接；所述n个DC-DC功率变换器的直流输出端口采用并联连接方式分别均与所述第二直流端口的正极和所述单向半导体开关的正极连接。本专利技术的进一步有益效果是：通过将多个DC-DC功率变换器输入端口和输出端口分别并联连接的形式来增大DC-DC功率变换器部分的整体的电流传输能力，从而达到提高功率传输能力的目的。进一步，当n＞1时，所述n个DC-DC功率变换器的直流输入端口采用并联连接方式分别与所述第一直流端口连接；所述n个DC-DC功率变换器的直流输出端口采用串联连接方式，其中一个DC-DC功率变换器的直流输出端口的正极与所述第二直流端口的正极连接，其中一个DC-DC功率变换器的直流输出端口的负极与所述单向半导体开关的正极连接。本专利技术的进一步有益效果是：通过各DC-DC功率变换器的输入端采用并联的形式增大DC-DC功率变换器部分输入端口的整体电流耐受能力，通过各DC-DC功率变换器的输出端采用串联的形式增大DC-DC功率变换器输出端口的整体电压耐受能力，从而达到提高DC-DC功率变换器部分整体功率传输能力的目的。进一步，当n＞1时，所述n个DC-DC功率变换器的直流输入端口采用串联连接方式，其中一个DC-DC功率变换器的直流输入端口的正极与第一直流端口的正极连接，其中一个DC-DC功率变换器的直流输入端口的负极与所述第二直流端口的负极连接；所述n个DC-DC功率变换器的直流输出端口采用串联连接方式，其中一个DC-DC功率变换器的直流输出端口的正极与所述第二直流端口的正极连接，其中一个DC-DC功率变换器的直流输出端口的负极与所述单向半导体开关的正极连接。本专利技术的进一步有益效果是：通过各DC-DC功率变换器的输入端和输出端分别采用串联的形式，可以增大DC-DC功率变换器的输入端口和输出端口的整体电压耐受能力，从而达到提高所述DC-DC功率变换器功率传输能力的目的。进一步，当n＞1时，所述n个DC-DC功率变换器的直流输入端口采用串联连接方式，其中一个DC-DC功率变换器的直流输入端口的正极与第一直流端口的正极连接，其中一个DC-DC功率变换器的直流输入端口的负极与所述第二直流端口的负极连接；所述n个DC-DC功率变换器的直流输出端口采用并联连接方式，分别均与所述第二直流端口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC-DC电能传输系统，其特征在于，包括第一直流端口、第二直流端口、DC-DC功率变换器和单向半导体开关；/n所述第一直流端口的正、负极分别与所述DC-DC功率变换器的直流输入端口的正、负极连接，还分别外接供电直流系统的正、负端口；/n所述第二直流端口的正、负极分别外接受电直流系统的正、负端口，其中，正极还连接所述DC-DC功率变换器的直流输出端口的正极以及所述单向半导体开关的负极，负极还连接至所述第一直流端口的负极；/n所述单向半导体开关的正极与所述DC-DC功率变换器的直流输出端口的负极连接，所述第一直流端口正极还与所述单向半导体开关的正极连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种DC-DC电能传输系统，其特征在于，包括第一直流端口、第二直流端口、DC-DC功率变换器和单向半导体开关；
所述第一直流端口的正、负极分别与所述DC-DC功率变换器的直流输入端口的正、负极连接，还分别外接供电直流系统的正、负端口；
所述第二直流端口的正、负极分别外接受电直流系统的正、负端口，其中，正极还连接所述DC-DC功率变换器的直流输出端口的正极以及所述单向半导体开关的负极，负极还连接至所述第一直流端口的负极；
所述单向半导体开关的正极与所述DC-DC功率变换器的直流输出端口的负极连接，所述第一直流端口正极还与所述单向半导体开关的正极连接。


2.根据权利要求1所述的一种DC-DC电能传输系统，其特征在于，所述DC-DC功率变换器的个数为n，n为正整数；且当n＞1时，n个所述DC-DC功率变换器组合连接，且其中一个DC-DC功率变换器的直流输入端口的正极与所述第一直流端口的正极连接；其中一个DC-DC功率变换器的直流输入端口的负极与所述第一直流端口的负极连接；其中一个DC-DC功率变换器的直流输出端口的正极与所述第二直流端口的正极连接，其中一个DC-DC功率变换器的直流输出端口的负极与所述单向半导体开关的正极连接。


3.根据权利要求2所述的一种DC-DC电能传输系统，其特征在于，当n＞1时，所述n个DC-DC功率变换器的直流输入端口采用并联连接方式分别与所述第一直流端口连接；所述n个DC-DC功率变换器的直流输出端口采用并联连接方式分别均与所述第二直流端口的正极和所述单向半导体开关的正极连接。


4.根据权利要求2所述的一种DC-DC电能传输系统，其特征在于，当n＞1时，所述n个DC-DC功率变换器的直流输入端口采用并联连接方式分别与所述第一直流端口连接；所述n个DC-DC功率变换器的直流输出端口采用串联连接方式，其中一个DC-DC功率变换器的直流输出端口的正极与所述第二直流端口的正极连...

【专利技术属性】
技术研发人员：文劲宇，肖遥遥，胡伟，沈煜，王文烁，左文平，周猛，
申请(专利权)人：华中科技大学，国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42