一种直流变压器拓扑结构和控制方法技术

本发明专利技术提供了一种直流变压器拓扑结构和控制方法，包括：若干级联的谐振变换器；各级谐振变换器前均连接有电容切换模块和均压模块；所述均压模块为四电平谐振电路，包括多个串联的IGBT，所述均压模块用于在与多个串联的IGBT连接的电容切换模块的控制下，利用串联的IGBT提高与多个串联的IGBT连接的谐振变换器的输入电压；本发明专利技术提供的拓扑结构，当输入总电压一定时，利用串联的IGBT提高与多个串联的IGBT连接的谐振变换器的输入电压，由此可减少谐振变换器的级联数量。本发明专利技术提供的拓扑结构和控制方法，通过电容切换模块的投切，实现均压模块输入电压宽范围控制，从而实现输出电压的宽范围控制。当有两级谐振变换器故障时，可使非故障的谐振变换器输出电压不变。故障的谐振变换器输出电压不变。故障的谐振变换器输出电压不变。

【技术实现步骤摘要】
一种直流变压器拓扑结构和控制方法


[0001]本专利技术属于中低压直流配电
，具体涉及一种直流变压器拓扑结构和控制方法。

技术介绍

[0002]随着直流电力变换技术的发展以及直流分布式电源和直流负荷的日益增多，直流配电技术受到了越来越多的关注。和传统的交流配电网相比，直流配电网具有线路成本低，输电损耗小，供电可靠性高，具有环保优势等优点。但目前，直流配电网尚无统一的电压等级，实现不同电压等级的中低压直流配电网和直流微网互联的直流变压器成为了研究的热点。由于电力电子器件耐压和通流能力限制，直流变压器通常采用输入串联输出并联的结构，高压侧采用串联结构实现大电压输入，低压侧采用并联结构实现大功率输出。
[0003]在直流变压器中，当高压侧直流电压为20kV且采用1700V电压等级的开关管，不论采用双有源桥DAB变换器还是谐振变换器，均需要24级模块级联，无疑增加直流变压器的体积，降低了功率密度。直流变压器子模块的拓扑结构有两种：DAB变换器和LLC谐振变换器。其中，DAB变换器是伪谐振式DC/DC变换器，LLC谐振变换器是谐振式DC/DC变换器。DAB变换器存在以下问题：所有管子都是硬关断的；受IGBT死区时间影响，轻载时各开关管难以实现零电压开通；变换器内部存在无功环流。而双移相控制方式以及移相+占空比的控制方式虽然可以解决无功换流的问题，但无法改善开关管的软开关性能。此外，虽然LLC谐振变换器工作效率比DAB变换器要高，但依然存在电压增益范围有限的问题。

技术实现思路

[0004]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种直流变压器拓扑结构和控制方法，用于在正常工作时，实现直流变压器输出电压的宽范围控制；和在直流变压器拓扑结构故障时，维持直流变压器的输出电压。
[0005]本专利技术提供一种直流变压器拓扑结构，包括：若干级联的谐振变换器；
[0006]各级谐振变换器前均连接有电容切换模块和均压模块；
[0007]所述均压模块为四电平谐振电路，包括多个串联的IGBT，所述均压模块用于在与多个串联的IGBT连接的电容切换模块的控制下，利用串联的IGBT提高与多个串联的IGBT连接的谐振变换器的输入电压。
[0008]优选的，所述多个串联的IGBT构成IGBT串联电路，所述IGBT串联电路的两端为A点和B点；所述IGBT串联电路等分为N组；其中N至少为3。
[0009]优选的，所述均压模块还包括：N个级联的电容；所述N个级联的电容接入A点和B点之间；级联的各电容分别与各组IGBT串联电路并联。
[0010]优选的，所述N个级联的电容接入A点和B点之间后与谐振变换器连接。
[0011]优选的，所述N个级联的电容接入A点和B点之间后与谐振变换器连接，包括：
[0012]当N为奇数时，以所述均压模块中自A点至B点的第(N+1)/2个电容的两端与谐振变
换器连接；
[0013]当N为偶数时，以所述均压模块中自A点至B点的第N/2或第N/2+1个电容的两端与谐振变换器连接。
[0014]优选的，所述均压模块还包括：谐振回路，所述谐振回路数量为N
‑
1个；各谐振回路级联。
[0015]优选的，所述各组IGBT串联电路的中点具有引线；
[0016]各谐振回路的两端连接在相邻组IGBT串联电路的引线上。
[0017]优选的，所述电容切换模块为boost电路，以boost电路的中点和boost电路的一端为所述拓扑结构的输入端口；以boost电路的两端为电容切换模块的输出端分别接入A点和B点。
[0018]优选的，所述各级谐振变换器为全桥拓扑结构；
[0019]所述各级谐振变换器的输入端与各级均压模块连接；
[0020]以各级谐振变换器的输出端为所述拓扑结构的输出端口。
[0021]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了一种直流变压器拓扑结构的控制方法，包括：
[0022]当直流变压器拓扑结构中有谐振变换器、电容切换模块或均压模块故障时，通过非故障的各级电容切换模块基于故障时交流电的震荡进行投切，产生相应的脉冲控制与非故障的各级电容切换模块连接的非故障的各级均压模块中串联的IGBT，以提高与非故障的各级均压模块中串联的IGBT连接的非故障的各级谐振变换器的输入电压。
[0023]优选的，所述产生相应的脉冲控制与非故障的各级电容切换模块连接的非故障的各级均压模块中串联的IGBT，以提高与非故障的各级均压模块中串联的IGBT连接的非故障的各级谐振变换器的输入电压，包括：
[0024]基于脉冲导通或关断与非故障的各级电容切换模块连接的非故障的各级均压模块中的IGBT，控制所述非故障的各级均压模块中的谐振回路导通或关断，以提高与非故障的各级均压模块中串联的IGBT连接的非故障的各级谐振变换器的输入电压。
[0025]优选的，所述基于脉冲导通或关断与非故障的各级电容切换模块连接的非故障的各级均压模块中的IGBT，控制所述非故障的各级均压模块中的谐振回路导通或关断，包括：
[0026]基于脉冲，通过导通或关断与非故障的各级电容切换模块连接的非故障的各级均压模块中的IGBT，控制非故障的各级均压模块中多个谐振回路导通，以利用谐振回路为所述非故障的各级均压模块中的电容充电；
[0027]基于脉冲，通过关断与非故障的各级电容切换模块连接的非故障的各级均压模块中的全部IGBT，控制非故障的各级均压模块中的谐振回路全部关断，并通过非故障的各级均压模块中的电容，为与非故障的各级均压模块中的电容连接的非故障的各级谐振变换器供电。
[0028]优选的，所述当直流变压器拓扑结构中有谐振变换器、电容切换模块或均压模块故障时，通过非故障的各级电容切换模块基于故障时交流电的震荡进行投切，产生相应的脉冲控制与非故障的各级电容切换模块连接的非故障的各级均压模块中串联的IGBT，以提高与非故障的各级均压模块中串联的IGBT连接的非故障的各级谐振变换器的输入电压，还包括：
[0029]当规格为输入电压
±
10kV、输出电压750V且功率1MW的直流变压器中有两级谐振
变换器、电容切换模块或均压模块故障时，通过非故障的各级电容切换模块基于故障时交流电的震荡进行投切，产生相应的脉冲控制与非故障的各级电容切换模块连接的非故障的各级均压模块中串联的IGBT，以提高与非故障的各级均压模块中串联的IGBT连接的非故障的各级均压模块的输入电压，使非故障的各级谐振变换器的输出电压仍为750V。
[0030]一种直流变压器拓扑结构的控制方法，包括：
[0031]当直流变压器在不同电压下正常工作时，通过各级电容切换模块基于正常工作时交流电的震荡进行投切，产生相应的脉冲控制与各级电容切换模块连接的各级均压模块中串联的IGBT，以提高与各级均压模块中串联的IGBT连接的各级谐振变换器的输入电压。
[0032]优选的，所述通过各级电容切换模块基于正常工作时交流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流变压器拓扑结构，其特征在于，包括：若干级联的谐振变换器；各级谐振变换器前均连接有电容切换模块和均压模块；所述均压模块为四电平谐振电路，包括多个串联的绝缘栅型双极晶体管IGBT，所述均压模块用于在与多个串联的IGBT连接的电容切换模块的控制下，利用串联的IGBT提高与多个串联的IGBT连接的谐振变换器的输入电压。2.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述多个串联的IGBT构成IGBT串联电路，所述IGBT串联电路的两端为A点和B点；所述IGBT串联电路等分为N组；其中N至少为3。3.如权利要求2所述的拓扑结构，其特征在于，所述均压模块还包括：N个级联的电容；所述N个级联的电容接入A点和B点之间；级联的各电容分别与各组IGBT串联电路并联。4.如权利要求3所述的拓扑结构，其特征在于，所述N个级联的电容接入A点和B点之间后与谐振变换器连接。5.如权利要求4所述的拓扑结构，其特征在于，所述N个级联的电容接入A点和B点之间后与谐振变换器连接，包括：当N为奇数时，以所述均压模块中自A点至B点的第(N+1)/2个电容的两端与谐振变换器连接；当N为偶数时，以所述均压模块中自A点至B点的第N/2或第N/2+1个电容的两端与谐振变换器连接。6.如权利要求2所述的拓扑结构，其特征在于，所述均压模块还包括：谐振回路，所述谐振回路数量为N
‑
1个；各谐振回路级联。7.如权利要求2所述的拓扑结构，其特征在于，所述各组IGBT串联电路的中点具有引线；各谐振回路的两端连接在相邻组IGBT串联电路的引线上。8.如权利要求2所述的拓扑结构，其特征在于，所述电容切换模块为升压斩波boost电路，以boost电路的中点和boost电路的一端为所述拓扑结构的输入端口；以boost电路的两端为电容切换模块的输出端分别接入A点和B点。9.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述各级谐振变换器为全桥拓扑结构；所述各级谐振变换器的输入端与各级均压模块连接；以各级谐振变换器的输出端为所述拓扑结构的输出端口。10.一种直流变压器拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述直流变压器拓扑结构包括如权利要求1
‑
9所述的拓扑结构；所述方法包括：当直流变压器拓扑结构中有谐振变换器、电容切换模块或均压模块故障时，通过非故障的各级电容切换模块基于故障时交流电的震荡进行投切，产生相应的脉冲控制与非故障的各级电容切换模块连接的非故障的各级均压模块中串联的IGBT，以提高与非故障的各级均压模块中串联的IGBT连接的非故障的各级谐振变换器的输入电压。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述产生相应的脉冲控制与非故障的各级电容切换模块连接的非故障的各级均压模块中串联的IGBT，以提高与非故障的各级均压模块中串联的IGBT连接的非故障的各级谐振变换器的输入电压，包括：基于脉冲导通或关断与非故障的各级电容切换模块连接的非故障的各级均压模块中的IGBT，控制所述非故障的各级...

【专利技术属性】
技术研发人员：张加林，查鲲鹏，杨岳峰，闻福岳，朱宁辉，韩明月，刘瑞煌，
申请(专利权)人：南瑞集团有限公司国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：