空间用大功率高变比高压直流变换器及光伏发电系统技术方案

本发明专利技术涉及直流变换器技术领域，具体提供了一种空间用大功率高变比高压直流变换器及光伏发电系统，旨在解决如何将空间太阳能发电站输出的超大功率电能传输至高压直流母线并保证该直流母线稳定运行的问题。本发明专利技术中高压直流变换器包括多个直流变换模块，直流变换模块包括一个或多个并联的直流变换子模块，每个直流变换模块的直流输入侧分别形成变换器的多个直流输入侧端口，而直流输出侧通过冗余开关顺次连接形成变换器的直流输出侧端口，以实现对直流变换模块的输出电压串联升压，满足后面连接的微波发射器的传输需求。当直流变换模块发生故障时，可以导通相应的冗余开关将直流变换模块旁路，从而不影响微波发射器正常传输，保证系统正常运行。

High power and high transformation ratio high voltage DC converter and photovoltaic power generation system for space

【技术实现步骤摘要】
空间用大功率高变比高压直流变换器及光伏发电系统
本专利技术涉及直流变换器
，具体涉及一种空间用大功率高变比高压直流变换器及光伏发电系统。
技术介绍
空间太阳能发电站(SolarPowerfromSpace)主要是利用光电转换原理将太空中的太阳能转换成电能并将电能以微波的形式传输到地球上。例如：将电能通过直流汇集至高压直流母线，再传输至微波发射器，使用微波发射器将电能传输至地球上的相关设备以接收电能。空间太阳能发电站的高压直流变换器结构将直接影响电能传输的可靠性，进而影响微波发射器的正常传输。并且，为了满足航天器日益增加的大功率供电需求(例如：兆瓦级功率需求或吉瓦级功率需求等)，必须提高空间太阳能发电站的直流母线电压。然而，当前应用于地面的高压大功率直流变换器，由于可靠性、体积/重量较大以及太空环境恶劣(例如：环境温度在-180℃至80℃之间)等原因，无法应用于空间太阳能发电站。相应地，本领域需要一种新的高压直流变换器方案来解决上述问题。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，提出了本专利技术，以提供解决或至少部分地解决如何将空间太阳能发电站输出的超大功率电能传输至高压直流母线并保证高压直流母线稳定运行的问题的空间用大功率高变比高压直流变换器及光伏发电系统。第一方面，提供一种空间用大功率高变比高压直流变换器，该高压直流变换器包括多个直流变换模块，所述直流变换模块包括一个或多个并联的直流变换子模块；每个直流变换模块的直流输入侧分别接入汇流箱形成所述高压直流变换器的多个直流输入侧端口，每个直流变换模块的直流输出侧依次通过一个冗余开关顺次连接形成所述高压直流变换器的直流输出侧端口；其中，所述直流变换子模块是非隔离式DC/DC变换器或隔离式DC/DC变换器，所述隔离式DC/DC变换器包括隔离型Weinberg直流变换子模块。在上述空间用大功率高变比高压直流变换器的一个实施方式中，所述高压直流变换器还包括变换器控制器以及每个直流变换模块各自对应的模块控制器；所述变换器控制器被配置成对所述高压直流变换器进行启停控制以及在启动所述高压直流变换器后根据系统主控制器下发的功率分配指令向每个模块控制器发送输出功率控制指令；所述模块控制器被配置成根据所述输出功率控制指令控制相应直流变换模块的输出功率，以及在检测到直流变换模块发生故障时控制相应的冗余开关导通，以将发生故障的直流变换模块旁路；在上述空间用大功率高变比高压直流变换器的一个实施方式中，所述模块控制器包括均压补偿信号获取模块、PWM信号生成模块和驱动模块；所述均压补偿信号模块被配置成获取所述高压直流变换器中当前正常运行的所有直流变换模块的模块输出电压均值以及当前模块控制器对应的直流变换模块的模块输出电压之间的电压偏差信号，根据所述电压偏差信号获取所述当前模块控制器对应的直流变换模块的均压补偿信号；所述PWM信号生成模块被配置成获取所述输出功率控制指令中的高压直流变换器的输出电流控制信号，根据所述输出电流控制信号与所述均压补偿信号之间的偏差信号获取所述当前模块控制器对应的直流变换模块的PWM信号占空比并且根据所述PWM信号占空比生成PWM信号；所述驱动模块被配置成根据所述PWM信号生成模块生成的PWM信号控制相应直流变换模块进行功率输出。在上述空间用大功率高变比高压直流变换器的一个实施方式中，还包括：当所述直流变换子模块是隔离型Weinberg直流变换子模块时，所述模块控制器被配置成根据所述变换器控制器下发的输出功率控制指令对所述隔离型Weinberg直流变换子模块中的第一开关桥臂与第二开关桥臂进行交错并联控制，以实现对所述直流变换模块的输出功率控制。在上述空间用大功率高变比高压直流变换器的一个实施方式中，所述隔离型Weinberg直流变换子模块包括主电感、推挽变压器、第一开关桥臂和第二开关桥臂，所述推挽变压器包括在同一磁芯上同向绕制的第一原边绕组与第一副边绕组以及在所述磁芯上同向绕制的第二原边绕组与第二副边绕组，所述主电感包括在同一磁芯上反向绕制的第三原边绕组与第三副边绕组，所述第一开关桥臂包括多个并联的第一电力电子器件，所述第二开关桥臂包括多个并联的第二电力电子器件；所述主电感中第三原边绕组的首端与所述隔离型Weinberg直流变换子模块的直流输入侧正极连接，所述第三原边绕组的末端分别与所述推挽变压器中第一原边绕组的末端以及第二原边绕组的首端连接；所述主电感中第三副边绕组的首端分别与第一二极管的阴极以及第二二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述推挽变压器中第一副边绕组的末端连接，所述第二二极管的阳极与所述推挽变压器中第二副边绕组的首端连接；所述第一开关桥臂的电源输入侧与所述隔离型Weinberg直流变换子模块的直流输入侧负极连接，所述第一开关桥臂的电源输出侧与所述推挽变压器中第一原边绕组的首端连接；所述第二开关桥臂的电源输入侧与所述隔离型Weinberg直流变换子模块的直流输入侧负极连接，所述第二开关桥臂的电源输出侧与所述推挽变压器中第二原边绕组的末端连接；所述推挽变压器中第一副边绕组的首端与所述直流输出侧负极连接，所述第一副边绕组的末端与第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极与所述直流输出侧正极连接；所述推挽变压器中第二副边绕组的首端与第四二极管的阳极连接，所述第四二极管的阳极与所述直流输出侧正极连接，所述第二副边绕组的末端与所述直流输出侧负极连接。在上述空间用大功率高变比高压直流变换器的一个实施方式中，所述冗余开关是机械开关或基于电力电子器件构建的开关。第二方面，提供一种光伏发电系统，该光伏发电系统包括上述实施方式中的空间用大功率高变比高压直流变换器以及多个光伏阵列模块，每个光伏阵列模块分别通过所述汇流箱与所述高压直流变换器的直流输入侧端口连接，所述高压直流变换器的直流输出侧端口与高压直流母线连接；所述光伏阵列模块被配置成将光能转换为直流电能并将所述直流电能输出至所述高压直流变换器；所述高压直流变换器被配置成将所述光伏阵列模块输出的直流电能转换为满足所述高压直流母线的电能传输需求的直流电能并将转换后的直流电能输出至所述高压直流母线。在上述光伏发电系统的一个实施方式中，所述光伏阵列模块包括多个光伏模组，所有光伏模组串联形成一个光伏模组串联支路，所述光伏模组串联支路通过所述汇流箱与所述高压直流变换器中的直流输入侧端口并联连接。在上述光伏发电系统的一个实施方式中，所述光伏阵列模块包括多个光伏模组，所述多个光伏模组串联形成多个光伏模组串联支路，所有光伏模组串联支路并联形成一个光伏模组串并联支路，所述光伏模组串并联支路通过所述汇流箱与所述高压直流变换器中的直流输入侧端口并联连接。在上述光伏发电系统的一个实施方式中，所述光伏发电系统还包括系统主控制器，所述系统主控制器被配置成接收上级控制系统下发的供电协调控制指令，根据所述供电协调控制指令向所述高压直流变换器中的变换器控制器发送功率分配指令，以便所述变换器控制器能够根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间用大功率高变比高压直流变换器，其特征在于，所述高压直流变换器包括多个直流变换模块，所述直流变换模块包括一个或多个并联的直流变换子模块；/n每个直流变换模块的直流输入侧分别接入汇流箱形成所述高压直流变换器的多个直流输入侧端口，每个直流变换模块的直流输出侧依次通过一个冗余开关顺次连接形成所述高压直流变换器的直流输出侧端口；/n其中，所述直流变换子模块是非隔离式DC/DC变换器或隔离式DC/DC变换器，所述隔离式DC/DC变换器包括隔离型Weinberg直流变换子模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间用大功率高变比高压直流变换器，其特征在于，所述高压直流变换器包括多个直流变换模块，所述直流变换模块包括一个或多个并联的直流变换子模块；
每个直流变换模块的直流输入侧分别接入汇流箱形成所述高压直流变换器的多个直流输入侧端口，每个直流变换模块的直流输出侧依次通过一个冗余开关顺次连接形成所述高压直流变换器的直流输出侧端口；
其中，所述直流变换子模块是非隔离式DC/DC变换器或隔离式DC/DC变换器，所述隔离式DC/DC变换器包括隔离型Weinberg直流变换子模块。


2.根据权利要求1所述的空间用大功率高变比高压直流变换器，其特征在于，所述高压直流变换器还包括变换器控制器以及每个直流变换模块各自对应的模块控制器；
所述变换器控制器被配置成对所述高压直流变换器进行启停控制以及在启动所述高压直流变换器后根据系统主控制器下发的功率分配指令向每个模块控制器发送输出功率控制指令；
所述模块控制器被配置成根据所述输出功率控制指令控制相应直流变换模块的输出功率，以及在检测到直流变换模块发生故障时控制相应的冗余开关导通，以将发生故障的直流变换模块旁路。


3.根据权利要求2所述的空间用大功率高变比高压直流变换器，其特征在于，所述模块控制器包括均压补偿信号获取模块、PWM信号生成模块和驱动模块；
所述均压补偿信号模块被配置成获取所述高压直流变换器中当前正常运行的所有直流变换模块的模块输出电压均值以及当前模块控制器对应的直流变换模块的模块输出电压之间的电压偏差信号，根据所述电压偏差信号获取所述当前模块控制器对应的直流变换模块的均压补偿信号；
所述PWM信号生成模块被配置成获取所述输出功率控制指令中的高压直流变换器的输出电流控制信号，根据所述输出电流控制信号与所述均压补偿信号之间的偏差信号获取所述当前模块控制器对应的直流变换模块的PWM信号占空比并且根据所述PWM信号占空比生成PWM信号；
所述驱动模块被配置成根据所述PWM信号生成模块生成的PWM信号控制相应直流变换模块进行功率输出。


4.根据权利要求2所述的空间用大功率高变比高压直流变换器，其特征在于，还包括：
当所述直流变换子模块是隔离型Weinberg直流变换子模块时，所述模块控制器被配置成根据所述变换器控制器下发的输出功率控制指令对所述隔离型Weinberg直流变换子模块中的第一开关桥臂与第二开关桥臂进行交错并联控制，以实现对所述直流变换模块的输出功率控制。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的空间用大功率高变比高压直流变换器，其特征在于，所述隔离型Weinberg直流变换子模块包括主电感、推挽变压器、第一开关桥臂和第二开关桥臂，所述推挽变压器包括在同一磁芯上同向绕制的第一原边绕组与第一副边绕组以及在所述磁芯上同向绕制的第二原边绕组与第二副边绕组，所述主电感包括在同一磁芯上反向绕制的第三原边绕组与第三副边绕组，所述第一开关桥臂包括多个并联的第一电力电子器件，所述第二开关桥臂包括多个并联...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍群海，王文勇，吴理心，尹靖元，韦统振，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11