一种用于新能源直流并网的直流变压器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于新能源直流并网的直流变压器及其控制方法，所述直流变压器由N个结构相同的功率模块构成，采用低压侧并联、中压侧串联结构，可实现直流电能变换，可实现单极结构或双极结构；每个功率模块采用调频控制，实现对功率和输出电压的调节，本发明专利技术的直流变压器可以在较宽输出电压范围内实现全负荷范围内的软开关；同时调频过程加在变压器上的正负电压脉宽时间固定，可有效降低变压器工作磁密，进而降低变压器体积。对于相同输出电压等级，本发明专利技术的直流变压器可有效降低中压侧二极管的电压应力，可采用更低电压等级的二极管，降低成本。本发明专利技术的直流变压器具有体积小、效率高、成本低的特点，非常适用于新能源直流并网。

【技术实现步骤摘要】
一种用于新能源直流并网的直流变压器及其控制方法
本专利技术属于电力电子
，涉及一种用于新能源直流并网的调频可控型直流变压器拓扑及其控制方法，适用于中压直流大功率场合。
技术介绍
随着不可再生能源的消耗，能源紧缺等问题的产生，太阳能和风能等可再生能源成为研究热点，随着光伏电厂和风电场的不断建设，新能源汇集问题越来越受到重视。中压直流汇集系统因其可降低汇集的线路损耗，因此亟需直流升压变压器将风机或者光伏发出的低压电升压至中压，以提高整体的效率以及运行性能。其中，谐振型直流变压器因其优越的软开关特性，且可通过调节开关频率调节输出功率而受到广泛关注。针对用于新能源直流并网的调频可控型直流变压器，近年来已出现了一些研究，但现有的新能源直流并网的调频可控型直流变压器的电路拓扑方案中，仍然存在几个主要问题：如采用的变频控制导致在宽输出范围内开关频率发生较大变化，使得开关损耗、变压器体积增加，设计难度增大；同时，当电压变化较宽时无法实现软开关。因此有必要提出一种可有效降低开关损耗、减小变压器体积的用于新能源直流并网的调频可控型直流变压器拓扑。...

【技术保护点】
1.一种用于新能源直流并网的直流变压器，其特征在于所述直流变压器由N个结构相同的功率模块构成，其中：/nN个功率模块低压侧并联后的直流输入端正极与低压直流母线的正极相连，直流输入端负极与低压直流母线的负极相连；/nN个功率模块中压侧串联后的直流输出端正极与中压直流电网的正极相连，直流输出端负极与中压直流电网的负极相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于新能源直流并网的直流变压器，其特征在于所述直流变压器由N个结构相同的功率模块构成，其中：
N个功率模块低压侧并联后的直流输入端正极与低压直流母线的正极相连，直流输入端负极与低压直流母线的负极相连；
N个功率模块中压侧串联后的直流输出端正极与中压直流电网的正极相连，直流输出端负极与中压直流电网的负极相连。


2.根据权利要求1所述的用于新能源直流并网的直流变压器，其特征在于所述功率模块包括H桥、三电平整流桥、输入滤波电容Ci、第一输出滤波电容Co1、第二输出滤波电容Co2、变压器原边、变压器副边、谐振电感Lr、第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2；，其中：
H桥包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4；
三电平整流桥包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管Dc1和第六二极管Dc2；
第一开关管S1的发射极与第二开关管S2的集电极相连构成第一桥臂，第三开关管S3的发射极与第四开关管S4的集电极构成第二桥臂；
输入端的正极经输入滤波电容Ci正极分别连接第一开关管S1和第三开关管S3的集电极，输入端的负极经输入滤波电容Ci负极分别连接第二开关管S2和第四开关管S4的发射极，输入滤波电容Ci两端构成直流输入端；
变压器原边同名端连接第一开关管S1与第二开关管S2的中间节点，另一端连接第三开关管S3与第四开关管S4的中间节点；
输出端的正极经第一输出滤波电容Co1正极与第一二极管D1的阴极相连，第一二极管D1的阳极分别与第二二极管D2的阴极和第五二极管Dc1的阴极相连，第二二极管D2的阳极与第三二极管D3的阴极相连，第三二极管D3的阳极分别与第四二极管D4的阴极和第六二极管Dc2的阳极相连，第五二极管Dc1的阳极与第六二极管Dc2的阴极相连；
第一谐振电容Cr1的一端与第五二极管Dc1的阴极相连，另一端与第五二极管Dc1的阳极相连；
第二谐振电容Cr2的一端与第六二极管Dc2的阴极相连，另一端与第六二极管Dc2的阳极相连；
变压器副边同名端经谐振电感Lr连接第一谐振电容Cr1与第二谐振电容Cr2的中间节点，另一端连接第二二极管D2与第三二极管D3的中间节点；
第一输出滤波电容Co1与第二输出滤波电容Co2串联后的中间节点与第二二极管D2和第三二极管D3的中间节点相连，第一输出滤波电容Co1与第二输出滤波电容Co2串联后的两端构成直流输出端。


3.根据权利要求2所述的用于新能源直流并网的直流变压器，其特征在于所述三电平整流桥中的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4替换为双向功率器件。


4.根据权利要求2所述的用于新能源直流并网的直流变压器，其特征在于所述变压器副边的三电平整流桥替换为H桥。


5.根据权利要求2所述的用于新能源直流并网的直流变压器，其特征在于所述变压器原边的H桥替换为三电平NPC半桥。


6.根据权利要求2所述的用于新能源直流并网的直流变压器，其特征在于所述变压器原边的H桥替换为三电平NPC全桥。


7.一种权利要求1-6任一项权利要求所述用于新能源直流并网的直流变压器的控制方法，其特征在于所述方法如下：
第一开关管S1和第二开关管S2以50％占空比互补运行，第三开关管S3与第四开关管S4以50％占空比互补运行；第一桥臂与第二桥臂之间移相时间固定，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬彬，赵晓东，付勤天，毛舒凯，廖志贤，张丙旭，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23