一种多端口直流电力电子变压器制造技术

本发明专利技术公开了一种多端口直流电力电子变压器，包括：高压侧直流母线Pp，高压侧直流母线Pg，高压侧直流母线Pn；低压侧直流母线Qp1，低压侧直流母线Qg1，低压侧直流母线Qn1；低压侧直流母线Qp2，低压侧直流母线Qn2；N个隔离型DC

【技术实现步骤摘要】
一种多端口直流电力电子变压器


[0001]本专利技术涉及一种多端口直流电力电子变压器，属于电力电子变压器


技术介绍

[0002]为了实现分布式电源、蓄电池储能和微电网接入直流配电网以及实现不同电压等级直流配电网的连接，直流电压变换必不可少。直流系统无法通过电磁感应原理实现电压变换，必须采用基于电力电子技术的电力电子变压器（Power electronic transformer，PET）实现电压变换和能量传递。用于两个直流母线间能量传输和电气隔离的PET是实现直流母线间电气隔离、母线电压稳定和功率灵活控制的核心设备，因此又被称为直流电力电子变压器（DC Power electronic transformer，DCPET）或者直流固态变压器（DC solid state transformer，DCSST），简称直流变压器。DCPET被广泛应用在柔性直流输、配电网，新能源并网，能源互联网等所有可能用到连接中、高压直流配电网和低压配电网的双向隔离直流变换领域。
[0003]现有直流电力电子变压器使用了较多的DC/DC变换器模块级联，所需的变压器、开关器件数量和驱动较多，因此装置整体质量和体积较大，且成本较高。此外，直流电力电子变压器连接电源或负荷的种类越来越多，需要其具备多种电压等级调节能力的需求越来越大。
[0004]因此，亟需设计一种具备多种电压等级输出能力的新型多端口直流电力电子变压器，以解决现有技术中遇到的问题。

技术实现思路

[0005]目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种多端口直流电力电子变压器，同时实现伪双极端口、真双极端口和电压可调端口输出，并具备较高的功率密度和效率，且节约装置制造成本。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种多端口直流电力电子变压器，包括：高压侧直流母线Pp，高压侧直流母线Pg，高压侧直流母线Pn；低压侧直流母线Qp1，低压侧直流母线Qg1，低压侧直流母线Qn1；低压侧直流母线Qp2，低压侧直流母线Qn2；N个DC
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DC模块，1个两电容均压变换器；N为大于等于2的偶数；所述每个DC
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DC模块输入侧的正极与负极之间串联有开关管、开关，N个DC
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DC模块输入侧依次串联，上一个DC
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DC模块输入侧的负极与下一个DC
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DC模块输入侧的开关管、开关之间的公共点相连接，首端第1个DC
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DC模块输入侧开关管、开关之间的公共点接入高压侧直流母线Pp，末端第N个DC
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DC模块输入侧的负极接入高压侧直流母线Pn；第N/2个DC
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DC模块输入侧的负极接入高压侧直流母线Pg；I个DC
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DC模块输出侧的正极均与两电容均压变换器输入侧的正极相连接，I个DC
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DC模块输出侧的负极均与两电容均压变换器输入侧的负极相连接；两电容均压变换器输出
侧的正极与低压侧直流母线Qp1相连接，两电容均压变换器开关桥臂的串联点与低压侧直流母线Qg1相连接，变换器输出侧的负极与低压侧直流母线Qn1相连接，其中I<N；N
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I个DC
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DC模块输出侧的正极均与低压侧直流母线Qp2相连接，N
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I个DC
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DC模块输出侧的负极均与低压侧直流母线Qn2相连接。
[0007]作为优选方案，所述DC
‑
DC模块采用隔离型DC
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DC模块。
[0008]作为优选方案，所述隔离型DC
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DC模块采用双向隔离型DC
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DC模块。
[0009]作为优选方案，所述双向隔离型DC
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DC模块包括：m电容均压变换器、谐振变换器，所述m电容均压变换器包括：m个开关桥臂，m个直流电容，m个开关桥臂相串联，上一个开关桥臂中点与下一个开关桥臂中点之间连接有谐振电感和谐振电容串联支路，每个开关桥臂均并联一个直流电容，第（m+1）/2个直流电容与谐振变换器的输入端相连接，第1个开关桥臂输入侧正极与第m个开关桥臂输入侧负极之间连接有开关管与开关的串联支路，m为奇数。
[0010]作为优选方案，所述谐振变换器采用LLC谐振变换器。
[0011]作为优选方案，所述谐振变换器采用L
‑
LLC谐振变换器。
[0012]作为优选方案，所述开关管采用绝缘栅双极型晶体管。
[0013]作为优选方案，所述L
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LLC谐振变换器，包括：输入全桥、输出全桥、谐振电感Lr、谐振电容Cr、励磁电感Lm1、变压器T和辅助励磁电感Lm2，输入全桥与输出全桥通过变压器T相连接，变压器T原边的一端设置有谐振电感Lr，变压器T原边的另一端设置有谐振电容Cr，变压器T原边两端之间分别并联有励磁电感Lm1、辅助励磁电感Lm2。
[0014]作为优选方案，所述两电容均压变换器包括：两个相互串联的桥臂，每个桥臂各并联一个直流电容，相邻桥臂中点间连接有谐振电感和谐振电容串联组成的谐振支路。
[0015]作为优选方案，所述两电容均压变换器采用开环控制方式。
[0016]有益效果：本专利技术提供的一种多端口直流电力电子变压器，适用于柔性直流输、配电网，新能源并网等所有可能用到连接中、高压直流配电网和低压直流配电网的双向隔离直流电力电子变压器的领域，本专利技术采用I（I<N）个双向隔离型DC
‑
DC模块的并联输出侧分别与低压侧直流母线Qp1和低压侧直流母线Qn1相连，可以实现直流电力电子变压器低压直流侧伪双极端口输出。两电容均压变换器的2组开关桥臂串联连接于低压侧直流母线Qp1和低压侧直流母线Qn1之间，且开关桥臂的串联点连接低压侧直流母线Qg1，可实现直流电力电子变压器低压直流侧真双极端口输出。N
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I个双向隔离型DC
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DC模块的并联输出侧与低压直流母线Qp2和低压直流母线Qn2相连，采用宽电压输出控制方法，可实现直流电力电子变压器低压直流侧电压可调端口输出。
[0017]另外，双向隔离型DC
‑
DC模块采用两级结构可减少变压器和开关器件数量，节约装置制造成本。
[0018]其优点如下：1）本专利技术所提出的直流电力电子变压器同时具有低压直流侧伪双极、真双极和电压可调端口输出能力。
[0019]2）本专利技术所提出的直流电力电子变压器在DC
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DC模块完全相同的情况下，具有模块化程度高和成本低的优势，并且采用宽电压调节方法实现电压可调端口。
[0020]3）本专利技术所提出的直流电力电子变压器具有良好的应对中/高压直流配电网故障
和模块旁路的能力。
[0021]4）本专利技术所提出的直流电力电子变压器能够实现真双极电压平衡的两电容均压变换器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多端口直流电力电子变压器，其特征在于，包括：高压侧直流母线Pp，高压侧直流母线Pg，高压侧直流母线Pn；低压侧直流母线Qp1，低压侧直流母线Qg1，低压侧直流母线Qn1；低压侧直流母线Qp2，低压侧直流母线Qn2；N个DC
‑
DC模块，1个两电容均压变换器；N为大于等于2的偶数；每个DC
‑
DC模块输入侧的正极与负极之间串联有开关管、开关，N个DC
‑
DC模块输入侧依次串联，上一个DC
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DC模块输入侧的负极与下一个DC
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DC模块输入侧的开关管、开关之间的公共点相连接，首端第1个DC
‑
DC模块输入侧开关管、开关之间的公共点接入高压侧直流母线Pp，末端第N个DC
‑
DC模块输入侧的负极接入高压侧直流母线Pn；第N/2个DC
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DC模块输入侧的负极接入高压侧直流母线Pg；I个DC
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DC模块输出侧的正极均与两电容均压变换器输入侧的正极相连接，I个DC
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DC模块输出侧的负极均与两电容均压变换器输入侧的负极相连接；两电容均压变换器输出侧的正极与低压侧直流母线Qp1相连接，两电容均压变换器开关桥臂的串联点与低压侧直流母线Qg1相连接，变换器输出侧的负极与低压侧直流母线Qn1相连接，其中I<N；N
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I个DC
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DC模块输出侧的正极均与低压侧直流母线Qp2相连接，N
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I个DC
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DC模块输出侧的负极均与低压侧直流母线Qn2相连接。2.根据权利要求1所述的一种多端口直流电力电子变压器，其特征在于：所述DC
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DC模块采用隔离型DC
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DC模块。3.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：史明明，刘瑞煌，袁宇波，姜云龙，肖小龙，苏伟，司鑫尧，刘建强，艾宇，朱宁辉，张加林，
申请(专利权)人：国家电网有限公司北京交通大学国网电力科学研究院有限公司江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：