一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器及其控制方法，变压器包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口；各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；各子模块的输入滤波电容Cini串联组成该单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容Coi并联组成该单元的低压直流侧输出端口。该变压器通过控制各子模块内变压器原副边桥臂间的移相角可实现功率在中压直流侧与低压直流侧间的双向传输，实现所有开关管的零电压开通。

A DC Transformer Based on Centralized Multi-winding High Frequency Transformer and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器及控制方法
本专利技术属于电力电子
，特别是涉及一种适用于中压直流配电网的基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器及控制方法。
技术介绍
近年来，随着分布式能源的发展，直流负荷的增多，中低压直流配电系统受到了广泛的关注。而直流变压器作为中低压直流配电系统中的关键设备，成为了一个研究的热点。目前，直流变压器一般采用输入串联输出并联的结构，以减小中压直流侧开关器件的电压应力与低压直流侧开关器件的电流应力。同时，模块化的构造提高了直流变压器的可靠性与故障冗余性能。但受限于目前的半导体器件耐压水平与成本考虑，直流变压器的每个子模块的输入电压有限，使得直流变压器所使用的模块数量增多。进一步地，开关器件与高频变压器的数量也大大增加，从而导致直流变压器的功率密度难以进一步提高。如何在不增加器件耐压的前提下，通过改变子模块拓扑结构，减少直流变压器模块数量，提升直流变压器功率密度成为了一个难题。
技术实现思路
专利技术目的：为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种适用于中压直流配电网的基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器及控制方法，通过对直流变压器子模块拓扑结构进行改进，提升直流变压器单个子模块输入电压，从而减少直流变压器模块数量，提升装置功率密度。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器，包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口，其中，各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容Cini串联组成该直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容Coi并联组成该直流变压器单元的低压直流侧输出端口。可选的，子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容Cini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感Lsi、隔直电容Cdi与和变压器原边绕组，第一开关管Qi1与第二开关管Qi2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容Cini并联，第一桥臂中间点与传输电感Lsi、隔直电容Cdi串联后连接变压器原边绕组#ip的端子Pi1；在低压直流侧包含输出滤波电容Coi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Qi3与第四开关管Qi4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容Coi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子Si1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的P12、P22、……、PN2端子相连接；副边绕组的S12、S22、……、SN2端子相连接，其中P12、P22、……、PN2、S12、S22、……、SN2端子为多绕组变压器同名端。可选的，子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容Cini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感Lsi、隔直电容Cdi与和变压器原边绕组，第一开关管Qi1与第二开关管Qi2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容Cini并联，第一桥臂中间点与传输电感Lsi、隔直电容Cdi串联后连接变压器原边绕组#ip的端子Pi1；在低压直流侧包含输出滤波电容Coi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Qi3与第四开关管Qi4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容Coi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子Si1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的P12、P22、……、PN2端子相连接；副边绕组的异名端顺次连接，即Si2端子连接S(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子SN2连接端子S11，其中P12、P22、……、PN2、S12、S22、……、SN2端子为多绕组变压器同名端。可选的，子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容Cini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感Lsi、隔直电容Cdi与和变压器原边绕组，第一开关管Qi1与第二开关管Qi2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容Cini并联，第一桥臂中间点与传输电感Lsi、隔直电容Cdi串联后连接变压器原边绕组#ip的端子Pi1；在低压直流侧包含输出滤波电容Coi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Qi3与第四开关管Qi4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容Coi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子Si1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的异名端顺次连接，即Pi2端子连接P(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子PN2连接端子P11；副边绕组的异名端顺次连接，即Si2端子连接S(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子SN2连接端子S11，其中P12、P22、……、PN2、S12、S22、……、SN2端子为多绕组变压器同名端。可选的，子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容Cini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感Lsi、隔直电容Cdi与和变压器原边绕组，第一开关管Qi1与第二开关管Qi2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容Cini并联，第一桥臂中间点与传输电感Lsi、隔直电容Cdi串联后连接变压器原边绕组#ip的端子Pi1；在低压直流侧包含输出滤波电容Coi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Qi3与第四开关管Qi4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容Coi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子Si1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的异名端顺次连接，即Pi2端子连接P(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子PN2连接端子P11；副边绕组的S12、S22、……、SN2端子相连接，其中P12、P22、……、PN2、S12、S22、……、SN2端子为多绕组变压器同名端。本专利技术另一实施例中还提供了一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器，包括M个输入串联输出串联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的输入端口串联组成直流变压器的输入端口，M个直流变压器单元的输出端口串联组成直流变压器的输出端口，其中，第1-M个直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出串联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容Cini串联组成该直流变压器单元的输入端口，输出滤波电容Coi串联组成该直流变压器单元的输出端口。可选的，子模块i在输入侧包含输入滤波电容Cini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感Lsi、隔直电容Cdi与和变压器原边绕组，第一开关管Qi1与第二开关管Qi2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容Cini并联，第一桥臂中间点与传输电感Lsi、隔直电容Cdi串联后连接变压器原边绕组#ip的端子Pi1；在输出侧包含输出滤波电容Coi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Qi3与第四开关管Qi4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容Coi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器，其特征在于：包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口，其中，各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容Cini串联组成该直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容Coi并联组成该直流变压器单元的低压直流侧输出端口。

【技术特征摘要】
1.一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器，其特征在于：包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口，其中，各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容Cini串联组成该直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容Coi并联组成该直流变压器单元的低压直流侧输出端口。2.根据权利要求1所述的一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器，其特征在于：子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容Cini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感Lsi、隔直电容Cdi与和变压器原边绕组，第一开关管Qi1与第二开关管Qi2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容Cini并联，第一桥臂中间点与传输电感Lsi、隔直电容Cdi串联后连接变压器原边绕组#ip的端子Pi1；在低压直流侧包含输出滤波电容Coi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Qi3与第四开关管Qi4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容Coi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子Si1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的P12、P22、……、PN2端子相连接；副边绕组的S12、S22、……、SN2端子相连接，其中P12、P22、……、PN2、S12、S22、……、SN2端子为多绕组变压器同名端。3.根据权利要求1所述的一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器，其特征在于：子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容Cini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感Lsi、隔直电容Cdi与和变压器原边绕组，第一开关管Qi1与第二开关管Qi2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容Cini并联，第一桥臂中间点与传输电感Lsi、隔直电容Cdi串联后连接变压器原边绕组#ip的端子Pi1；在低压直流侧包含输出滤波电容Coi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Qi3与第四开关管Qi4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容Coi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子Si1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的P12、P22、……、PN2端子相连接；副边绕组的异名端顺次连接，即Si2端子连接S(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子SN2连接端子S11，其中P12、P22、……、PN2、S12、S22、……、SN2端子为多绕组变压器同名端。4.根据权利要求1所述的一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器，其特征在于：子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容Cini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感Lsi、隔直电容Cdi与和变压器原边绕组，第一开关管Qi1与第二开关管Qi2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容Cini并联，第一桥臂中间点与传输电感Lsi、隔直电容Cdi串联后连接变压器原边绕组#ip的端子Pi1；在低压直流侧包含输出滤波电容Coi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Qi3与第四开关管Qi4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容Coi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子Si1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的异名端顺次连接，即Pi2端子连接P(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子PN2连接端子P11；副边绕组的异名端顺次连接，即Si2端子连接S(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子SN2连接端子S11，其中P12、P22、……、PN2、S12、S22、……、SN2端子为多绕组变压器同名端。5.根据权利要求1所述的一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器，其特征在于：子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容Cini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感Lsi、隔直电容Cdi与和变压器原边绕组，第一开关管Qi1与第二开关管Qi2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容Cini...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈武，舒良才，何晓坤，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32