一种开绕组变压器式多有源桥变换器制造技术

本发明专利技术属于直流输配电网，直流微网领域，具体公开了一种开绕组变压器式多有源桥变换器，用于中低压直流配电网和直流微网

【技术实现步骤摘要】
一种开绕组变压器式多有源桥变换器


[0001]本专利技术属于直流输配电网，直流微网领域，更具体地说，涉及一种开绕组变压器式多有源桥变换器
。

技术介绍

[0002]基于直流固态变压器的中低压直流配电是新一代的直流配电技术，由于其采用直流传输电能，具有不存在谐波损耗
、
不存在涡流损耗
、
不存在同相问题
、
电压纹波小等优势，适用于中小规模可再生能源汇集，孤岛供电，城市直流配电网等领域
。
而双有源桥变换器（
Dual
‑
active
‑
bridge Convertor,DAB
）及多有源桥变换器（
Multiple
‑
active
‑
bridge Convertor,MAB
）以其结构简单，双向功率流动无缝切换，高功率密度，控制简单等诸多优势，已成为直流固态变压器的首选方案
。
相较于交流系统，直流系统的阻尼相对较小，系统故障传播速度更快，要求系统故障监测与控制响应时间更短，继电保护方法设计难度更大
。
因此直流侧故障保护控制问题是目前直流变压器工程亟需解决的问题
。
[0003]现阶段，对直流侧的故障大多依靠直流侧断路器来清除
。
但直流电压没有过零点，使得直流故障电流不易熄灭，开断极为困难，对灭弧气室提出了极高的要求；此外，直流故障电流较长的燃弧时间将对机械式断路器触头造成极大的烧蚀，使得直流断路器的寿命较短
。
[0004]近年出现的功率半导体式固态断路器，解决了机械式断路器燃弧及触头烧蚀的问题，但单个功率器件的电流电压耐受力有限，因此往往采用多器件串并联结构来提升电压电流耐受能力，这使得额外硬件成本及损耗大大增加
。
[0005]综上所述，现有解决方案无法兼顾经济性与快速性，且技术均不成熟
。
这在一定程度上限制了直流配电网及直流微电网的系统可靠性，及其在实际中的应用发展
。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种应用在直流配电网及直流微网领域的开绕组变压器式多有源桥变换器，无需直流断路器
。
在发生直流故障后，通过控制拓扑本身的功率器件简单动作，即可快速地实现故障隔离并不中断功率传输，提高系统的供电稳定性
。
[0007]一种开绕组变压器式多有源桥变换器，其特征在于，包括开绕组变压器和
N
个
M
相逆变器；所述开绕组变压器具有
N*M/2
个绕组；所述
M
相逆变器包括桥臂～和电容，每一个桥臂包括两个同向串联的半导体开关器件，桥臂～并联后再与电容并联，并联后的两端构成直流端口；第一个
M
相逆变器的桥臂～的半导体开关器件串联点，依次连接到绕组～的同名端；绕组～的异名端，依次连接到第二个
M
相逆变器的桥臂～的半导体开关器件串联点；
第三个
M
相逆变器的桥臂～的半导体开关器件串联点，依次连接到绕组～的同名端，绕组～的异名端；依次连接到第四个
M
相逆变器的桥臂～的半导体开关器件串联点；以此类推；所有绕组绕于同一
M
相变压器磁芯上，同相绕组绕于同一磁柱，任意两绕组均存在耦合
。
[0008]进一步的，所述半导体开关器件为全控型半导体器件，或者两个以上全控型半导体器件的串联，或者两个以上全控型半导体器件的并联，或者两个全控型半导体器件的反并联，或者两个全控型半导体器件的反串联
。
[0009]本专利技术的有益效果在于，采用开绕组变压器式双模块化多电平换流器拓扑的柔性直流输电系统和中低压直流配电网，在发生直流端口故障后，通过旁通故障侧变换器子模块，便可以快速实现直流故障穿越；由于变压器的开绕组结构，旁通子模块后变压器磁链不会对故障直流端口馈能；同时利用功率半导体器件的快速开关特性，相比于机械断路器节省了大量故障清除时间；而非故障子模块还可正常运行，不中断功率传输
。
本专利技术为基于双有源桥或多有源桥变换器的中低压直流配电网和直流微网领域提供了一种有效可行的直流故障穿越解决方案
。
附图说明
[0010]图1为开绕组变压器式多有源桥变换器拓扑结构示意图
。
[0011]图2为半导体开关部分示例图，其中，（
a
）为功率半导体器件，（
b
）为功率半导体器件串联组合，（
c
）为率半导体器件并联组合
。
[0012]图3为开绕组变压器式多有源桥变换器控制框图
。
[0013]图4为开绕组变压器式多有源桥变换器直流故障穿越控制示意图
。
[0014]图5为开绕组变压器式三相四有源桥变换器拓扑结构示意图
。
[0015]图6为开绕组变压器式三相四有源桥变换器直流故障穿越控制示意图
。
[0016]图7为开绕组变压器式三相四有源桥变换器直流故障穿越仿真波形图
。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明
。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同
。
本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术
。
本文所使用的术语“及
/
或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合
。
[0018]一种开绕组变压器式多有源桥变换器拓扑结构（如图1所示），其结构如下：
1、
该
DC
‑
DC
变换器包含半导体功率开关
、
耦合电感（变压器）
、
电容三类器件，有
N
个端口；每端口具有由
2M
个半导体开关组成的
M
相逆变器或整流器；还包括耦合
M
相电感器（变压器）
L1～
L
N/2
，端口直流电容器
C1～
C
N
。
每两个耦合电感的耦合系数为
k
ij
。
[0019]2、M
相开绕组变压器中的任一绕组两端接入两台逆变器或整流器的同一相桥臂
。
[0020]3、
每组
M
相耦合电感器接入相同的两台逆变器或整流器
。
[0021]4、
所述
M
相开绕组变压器可以由
M
个单相
N/2
绕组变压器构成，也可以由一个
M...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种开绕组变压器式多有源桥变换器，其特征在于，包括开绕组变压器和
N
个
M
相逆变器；所述开绕组变压器具有
N*M/2
个绕组；所述
M
相逆变器包括桥臂～和电容，每一个桥臂包括两个同向串联的半导体开关器件，桥臂～并联后再与电容并联，并联后的两端构成直流端口；第一个
M
相逆变器的桥臂～的半导体开关器件串联点，依次连接到绕组～的同名端；绕组～的异名端，依次连接到第二个
M
相逆变器的桥臂～的半导体开关器件串联点；第三个
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马俊鹏，王顺亮，辛明远，刘天琪，李想，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：