混合隔离型电力电子变压器制造技术

本发明专利技术属于电力电子变压器技术领域，具体涉及了一种混合隔离型电力电子变压器，旨在解决现有电力电子变压器采用单一隔离方式导致功率密度难以提高的问题。本发明专利技术包括：m台变压器隔离型变换器和n台电容隔离型变换器，在输入侧串联、输出侧并联组成(m,n均为大于1的正整数)混合隔离型电力电子变压器。本发明专利技术相比变压器隔离型电力电子变压器，采用了部分电容隔离变换器，可以减小变换器的体积和重量；相比电容隔离型电力电子变压器，采用了部分变压器隔离型变换器，无需多台串并联即可较容易实现电压变换，减少了电容隔离型变换器的数量。相比于采用单一隔离方式的电力电子变压器，混合隔离型结合了两者的优点，提高了电力电子变压器的功率密度。

【技术实现步骤摘要】
混合隔离型电力电子变压器
本专利技术属于电力电子变压器
，具体涉及了一种混合隔离型电力电子变压器。
技术介绍
电力电子变压器具备传统工频变压器所具有的交流电压等级变换和电气隔离功能，还能够实现可再生能源/储能等设备直流接入、交流侧谐波治理、无功补偿、端口间故障隔离以及与智能设备通讯等功能，应用于交直流混合配电网不仅能够减少电能变换级数，优化系统结构，提高配电网效率和经济性，是构建未来智能电网、能源互联网的关键电气设备之一。现有的取得广泛研究的电力电子变压器普遍采用高频变压器实现高、低压侧隔离。应用于实际交直流混合配电网的兆瓦级电力电子变压器绝大多数采用Si-IGBT，受到Si-IGBT开关损耗限制，现有的基于Si-IGBT的电力电子变压器开关频率一般不超过10kHz。另一方面，虽然高频变压器相比工频变压器体积已经减小许多，但受到隔离电压和单体功率限制，现有电力电子变压器中包含多台高频变压器，体积占比较大，功率密度难以提升。为解决以上问题，相关专利也提出了不同的解决方案。专利技术专利CN201710480255[1]和CN201711335505[2]提出了减少电能变换环节的电力电子变压器拓扑，但高频环节功率半导体器件需要硬开关，效率较低，增加了散热系统体积。专利技术专利CN201910212485[3]、US3517300DA[4]提出了矩阵型的电力电子变压器拓扑，减少了储能元件的体积和重量，但其中高频隔离变压器仍然占据了较大的体积和重量，而且矩阵变换器还存在保护困难等缺点。专利技术专利CN201910795301[5]、CN201910825819[6]、CN201010287926[7]、CN201820941964[8]中隔离环节均是采用电容隔离的方式，隔离电容相比于隔离变压器的体积和重量大幅度降低，但电容隔离方式难以实现电压变换，在需要电压变换的场合需要多台电容隔离变换器串并联组合，增加了变换器的数量，限制了功率密度的进一步提高。以下文献是与本专利技术相关的技术背景资料：[1]李子欣、王平、李耀华、高范强、徐飞、马逊，两级变换型交流-直流电力电子变压器，2017.06[2]李子欣、李耀华、王平、高范强、徐飞、马逊、赵聪，三级型交直流混合三端口电力电子变压器，2017.12[3]李子欣、胡钰杰、赵聪、王平、李耀华，三相交流高效率电力电子变压器及其控制方法，2019.03[4]MCMURRAYWILLIAM、WILLIAMMCMURRAY，POWERCONVERTERCIRCUITSHAVINGAHIGHFREQUENCYLINK，1970.06[5]李子欣、赵聪、徐飞、高范强、王平、李耀华，电容隔离型单相交直流电力电子变压器，2019.11[6]赵聪、李子欣、胡钰杰、李耀华，一种电容隔离型三相电力电子变压器，2019.09[7]张军明、汪剑峰、钱照明，电容隔离型多路恒流输出谐振式直流/直流变流器，2010.090[8]刘雪山、李学文、杨航、何雨骏、苏童、潘虹锦、罗茜、罗春林，一种电容隔离谐振式功率因数校正变换器，2018.06
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即现有电力电子变压器采用单一隔离方式导致功率密度难以提高的问题，本专利技术提供了一种混合隔离型电力电子变压器，该电力电子变压器包括m台变压器隔离型变换器、n台电容隔离型变换器；所述m台变压器隔离型变换器中第一台变换器的第一输入端为电力电子变压器的第一输入端；所述n台电容隔离型变换器中最后一台变换器的第二输入端为电力电子变压器的第二输入端；所述m台变压器隔离型变换器中第M台变换器的第一输入端连接至第M-1台变换器的第二输入端；其中，1＜M≤m；所述n台电容隔离型变换器中第一台变换器的第一输入端连接至所述m台变压器隔离型变换器中最后一台变换器的第二输入端；所述n台电容隔离型变换器中第N台变换器的第一输入端连接至第N-1台变换器的第二输入端；其中，1＜N≤n；所述m台变压器隔离型变换器与n台电容隔离型变换器的第一输出端连接到一起作为电力电子变压器的第一输出端；所述m台变压器隔离型变换器与n台电容隔离型变换器的第二输出端连接到一起作为电力电子变压器的第二输出端。在一些优选的实施例中，所述变压器隔离型变换器包括LF-HF变换器、高频变压器、HF-LF变换器；所述LF-HF变换器的第一输入端、第二输入端分别为所述变压器隔离型变换器的第一输入端、第二输入端；所述HF-LF变换器的第一输出端、第二输出端分别为所述变压器隔离型变换器的第一输出端、第二输出端；所述LF-HF变换器的第一输出端、第二输出端分别连接至所述高频变压器的第一输入端、第二输入端；所述HF-LF变换器的第一输入端、第二输入端分别连接至所述高频变压器的第一输出端、第二输出端。在一些优选的实施例中，所述电容隔离型变换器包括LF-HF变换器、隔离电容、HF-LF变换器；所述LF-HF变换器的第一输入端、第二输入端分别为所述电容隔离型变换器的第一输入端、第二输入端；所述HF-LF变换器的第一输出端、第二输出端分别为所述电容隔离型变换器的第一输出端、第二输出端；所述LF-HF变换器的第一输出端、第二输出端分别连接至所述隔离电容的第一输入端、第二输入端；所述HF-LF变换器的第一输入端、第二输入端分别连接至所述隔离电容的第一输出端、第二输出端。在一些优选的实施例中，所述电力电子变压器的输入与输出的电压比为：(k×m+n)：1其中，k为所述高频变压器的高压侧到低压侧的电压比，m为电力电子变压器中变压器隔离型变换器的数量，n为电力电子变压器中电容隔离型变换器的数量。在一些优选的实施例中，所述电力电子变压器输入侧为中压交流电压、输出侧为低压交流电压时，LF-HF变换器、HF-LF变换器均为AC/AC变换器；所述电力电子变压器输入侧为中压交流电压、输出侧为低压直流电压时，LF-HF变换器为AC/AC变换器，HF-LF变换器为AC/DC变换器；所述电力电子变压器输入侧为中压直流电压、输出侧为低压交流电压时，LF-HF变换器为DC/AC变换器，HF-LF变换器为AC/AC变换器；所述电力电子变压器输入侧为中压直流电压、输出侧为低压直流电压时，LF-HF变换器为DC/AC变换器，HF-LF变换器为AC/DC变换器。在一些优选的实施例中，所述LF-HF变换器和HF-LF变换器分别包括直流电容C、半导体开关T1、半导体开关T2、半导体开关T3、半导体开关T4、半导体开关T5、半导体开关T6、半导体开关T7、半导体开关T8、反并联二极管D1、反并联二极管D2、反并联二极管D3、反并联二极管D4、反并联二极管D5、反并联二极管D6、反并联二极管D7、反并联二极管D8；所述反并联二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8的阳极分别与所述半导体开关T1、T2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合隔离型电力电子变压器，其特征在于，该电力电子变压器包括m台变压器隔离型变换器、n台电容隔离型变换器；/n所述m台变压器隔离型变换器中第一台变换器的第一输入端为电力电子变压器的第一输入端；/n所述n台电容隔离型变换器中最后一台变换器的第二输入端为电力电子变压器的第二输入端；/n所述m台变压器隔离型变换器中第M台变换器的第一输入端连接至第M-1台变换器的第二输入端；其中，1＜M≤m；/n所述n台电容隔离型变换器中第一台变换器的第一输入端连接至所述m台变压器隔离型变换器中最后一台变换器的第二输入端；/n所述n台电容隔离型变换器中第N台变换器的第一输入端连接至第N-1台变换器的第二输入端；其中，1＜N≤n；/n所述m台变压器隔离型变换器与n台电容隔离型变换器的第一输出端连接到一起作为电力电子变压器的第一输出端；/n所述m台变压器隔离型变换器与n台电容隔离型变换器的第二输出端连接到一起作为电力电子变压器的第二输出端。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合隔离型电力电子变压器，其特征在于，该电力电子变压器包括m台变压器隔离型变换器、n台电容隔离型变换器；
所述m台变压器隔离型变换器中第一台变换器的第一输入端为电力电子变压器的第一输入端；
所述n台电容隔离型变换器中最后一台变换器的第二输入端为电力电子变压器的第二输入端；
所述m台变压器隔离型变换器中第M台变换器的第一输入端连接至第M-1台变换器的第二输入端；其中，1＜M≤m；
所述n台电容隔离型变换器中第一台变换器的第一输入端连接至所述m台变压器隔离型变换器中最后一台变换器的第二输入端；
所述n台电容隔离型变换器中第N台变换器的第一输入端连接至第N-1台变换器的第二输入端；其中，1＜N≤n；
所述m台变压器隔离型变换器与n台电容隔离型变换器的第一输出端连接到一起作为电力电子变压器的第一输出端；
所述m台变压器隔离型变换器与n台电容隔离型变换器的第二输出端连接到一起作为电力电子变压器的第二输出端。


2.根据权利要求1所述的混合隔离型电力电子变压器，其特征在于，所述变压器隔离型变换器包括LF-HF变换器、高频变压器、HF-LF变换器；
所述LF-HF变换器的第一输入端、第二输入端分别为所述变压器隔离型变换器的第一输入端、第二输入端；
所述HF-LF变换器的第一输出端、第二输出端分别为所述变压器隔离型变换器的第一输出端、第二输出端；
所述LF-HF变换器的第一输出端、第二输出端分别连接至所述高频变压器的第一输入端、第二输入端；
所述HF-LF变换器的第一输入端、第二输入端分别连接至所述高频变压器的第一输出端、第二输出端。


3.根据权利要求1所述的混合隔离型电力电子变压器，其特征在于，所述电容隔离型变换器包括LF-HF变换器、隔离电容、HF-LF变换器；
所述LF-HF变换器的第一输入端、第二输入端分别为所述电容隔离型变换器的第一输入端、第二输入端；
所述HF-LF变换器的第一输出端、第二输出端分别为所述电容隔离型变换器的第一输出端、第二输出端；
所述LF-HF变换器的第一输出端、第二输出端分别连接至所述隔离电容的第一输入端、第二输入端；
所述HF-LF变换器的第一输入端、第二输入端分别连接至所述隔离电容的第一输出端、第二输出端。


4.根据权利要求2所述的混合隔离型电力电子变压器，其特征在于，所述电力电子变压器的输入与输出的电压比为：
(k×m+n)：1
其中，k为所述高频变压器的高压侧到低压侧的电压比，m为电力电子变压器中变压器隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁宇波，李子欣，袁晓冬，李强，刘瑞煌，陈亮，张宸宇，李娟，赵聪，胡钰杰，葛雪峰，孙天奎，罗飞，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32