基于直流固态变压器及其控制方法的研究报告

基于直流固态变压器及其控制方法的研究报告

技术领域

[0001] 本发明属于电力电子应用技术领域，涉及直流电网及固态变压器，尤其涉及一种直流固态变压器及其控制方法。

背景技术

[0002] 随着经济的快速发展，化石燃料逐渐枯竭，使得新能源的应用得到迅速发展。大多数新能源，如光伏、燃料电池等，都产生直流电。同时，直流输配电是当今电力技术创新的一个重要方向，使得直流输电、直流配电网W、微电网等领域逐渐进入大家研究的视野，可以预见网格是未来的发展趋势。

[0003] 作为电力系统的基础设备，传统的电力变压器无法实现直流电压转换。近年来，随着电力电子技术的飞速发展，固态变压器作为一种新型变压器受到了广泛的关注。固态变压器除具有体积小等优点外，还可完成电能质量管理、新能源接入等任务，可作为直流电网电压转换和能量管理的关键设备。因此，它们已成为当前的研究热点。研究的重点是减小体积W，提高效率。因此，有必要提出一种小体积的直流固态变压器W和一种可以提高工作效率的控制方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种直流固态变压器及其控制方法。新的拓扑及其控制方法可以满足小尺寸、高效率的技术要求。

[0005] 本发明采用的技术方案是：

[0006] 一种直流固态变压器，包括滤波电感、多个半桥子模块和多个DC-DC隔离变换器，以及多个半桥后的直流输入端正极桥式子模块与滤波器串联 电感与中压直流电网的正极相连后，多个半桥子模块级联后的直流输入端的负极为连接到中压直流电网的负极，多个DC-DC隔离变换器的直流输出端并联连接到低压直流电网或负载。每个DC-DC隔离转换器的直流输入侧形成一个直流输入端口，每个直流输入端口连接一个半桥。

[0007] DC-DC隔离转换器包括逆变器、LC串联谐振链路、中频变压器、整流器和第一电容器。逆变器直流侧接半桥子模块的直流输出端，逆变器交流侧接LC串联谐振环节，再接中频变压器一次侧，整流器交流侧接中频变压器二次侧，整流器直流侧接二次侧A电容，整流器直流侧接低压直流电网或负载。

[000] 逆变器和整流器均包括四个含反并联二极管的全控开关，四个含反并联二极管的全控开关连接形成全桥结构。LC串联谐振环节包括谐振电感和谐振谐振电容串联。

[0009] 半桥子模块包括半桥桥臂和第二电容器。半桥桥臂由包含反并联二极管的上下两个全控开关串联而成。管的集电极接第二电容的阳极，下管的发射极接第二电容的阴极，半桥臂的中点与桥下管的发射极arm 用作半桥子模块的直流输入。第二电容的正负端作为半桥子模块的直流输出端。

[0010] 直流固态变压器的控制方法包括功率控制和电压控制。

[0011] 功率控制或电压控制通过调整工作半桥子模块的占空比来实现，DC-DC隔离转换器中的全控开关以恒定的50%占空比工作。所有半桥子模块中，除运行中的半桥子模块外，其他半桥子模块均处于热备状态，即下管常亮，上管常亮。离开。在所有DC-DC隔离转换器中，除了运行DC-DC隔离转换器外，其他DC-DC隔离转换器都处于热备状态，即始终处于所有全控开关的关断状态。运行的半桥子模块的数量应小于或等于半桥子模块的总数。

[0012] 运行半桥子模块数量的计算方法如下：

[0013] 半桥子模块的运行数η可以通过计算满足中压直流电网耐压的最小半桥子模块数m，并留有一定的余量Δ η给定，计算可满足直流要求。固态变压器实际工作功率的最小半桥子模块数Π2由m和m中的较大者决定：阳014]

[0015] 式中，m为满足中压直流电网耐压要求的最小半桥子模块个数，Δη为余量，Π2为最小半桥子模块个数-能满足直流固态变压器实际运行功率的模块 UHdc为中压直流电网电压，半桥子模块的最低运行电压，Pd为直流固态实际运行功率变压器，Pdcn为半桥子模块的额定功率，η为半桥子模块运行的模块数，max O为最大值，ceil()为最小整数大于或等于指定的表达式。

[0016] DC-DC隔离转换器的运行数量等于半桥子模块的运行数量。当半桥子模块工作时，连接在运行半桥子模块直流输出端的DC-DC隔离变换器也应运行。

[0017] 本发明的有益效果如下：

[〇〇1引本发明提出了一种直流固态变压器及其控制方法。直流固态变压器具有体积小的特点，有利于减小直流固态变压器的占用面积。控制方式可根据实际工况确定。运行半桥子模块W和DC-DC隔离转换器的数量不需要所有半桥子模块W和所有DC-DC隔离转换器都投入运行，非运行半桥子模块W和非工作DC-DC隔离变换器可以处于热备状态，有利于延长元件寿命，降低损耗，提高整体效率。