固态变压器制造技术

本申请提供固态变压器。本申请的固态变压器包括第一相电路，第一相电路的输入端连接单相中压交流电，输出端连接低压直流电的输出端，且第一相电路包括N个功率单元；每个功率单元包括输入端和输出端，第一相电路包括的N个功率单元的输入端串联并连接到单相中压交流电，N个功率单元的输出端并联且连接到低压直流电的输出端；固态变压器还包括低压辅源电路，低压辅源电路与低压直流电的输出端连接，N个功率单元的输出端输出的第一直流电用于为低压辅源电路供电，第一直流电为低压直流电。本申请提供的固态变压器使用固态变压器自身的低压直流输出即第一直流电为低压辅源电路供电，可以降低固态变压器的成本，提高为低压辅源电路供电的可靠性。辅源电路供电的可靠性。辅源电路供电的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
固态变压器


[0001]本申请涉及电力电子
，尤其涉及固态变压器。

技术介绍

[0002]在电力电子
中，变压器是电力系统的重要组成部分。变压器可以实现电压等级的变换(例如高压交流转低压交流，低压交流转高压交流)和电气隔离(例如高压电隔离)。
[0003]在目前相关技术中，常采用固态变压器(solid state transformer，SST)进行电压等级的变换，SST是采用高频隔离的中压至低压功率变换系统，输入通常是三相中压交流电，输出为低压直流或交流电。三相中压交流电输入的每相电路均由若干功率单元在中压侧进行串联，在低压侧进行并联组成。每个功率单元包含高压侧功率电路，中频变压器及低压侧功率电路。低压侧功率电路包括低压侧检测电路、低压侧控制电路、低压侧通讯电路和低压侧风扇电路。低压侧检测电路、低压侧控制电路、低压侧通讯电路和低压侧风扇电路由低压侧辅源电路(auxiliary power supply，APS)供电。低压辅源电路由工频变压器供电。例如，工频变压器将10千伏(kV)的中压交流电变换到220伏(V)交流电，然后为低压辅源电路供电。
[0004]但是，工频变压器成本高、笨重，从而导致固态变压器的使用成本高，同时需要10kV中压绝缘。因此，如何降低固态变压器的成本成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种固态变压器，可以降低固态变压器的使用成本。
[0006]第一方面，本申请提供一种固态变压器，所述固态变压器包括第一相电路，所述第一相电路的输入端连接单相中压交流电，输出端连接低压直流电的输出端，且所述第一相电路包括N个功率单元，N为大于或等于1的整数；所述N个功率单元中的每个功率单元包括输入端和输出端，所述第一相电路包括的N个功率单元的输入端串联并连接到所述单相中压交流电，所述第一相电路包括的N个功率单元的输出端并联且连接到所述低压直流电的输出端；所述固态变压器还包括低压辅源电路，所述低压辅源电路与所述低压直流电的输出端连接，所述N个功率单元的输出端输出的第一直流电用于为所述低压辅源电路供电，所述第一直流电为所述低压直流电。
[0007]该方面中，使用固态变压器自身输出的低压直流电即第一直流电为低压辅源电路供电，与现有技术相比，不需要额外的工频变压器和10千伏中压绝缘，可以降低固态变压器的使用成本。
[0008]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述固态变压器还包括低压辅源电路，包括：所述低压辅源电路为所述每个功率单元内的低压侧功率电路中的至少部分功能电路供电。
[0009]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述低压辅源电路为所述每个功率单
元内的低压侧功率电路中的至少部分功能电路供电，所述至少部分功能电路包括但不限于：低压侧检测电路、低压侧控制电路、低压侧通讯电路和低压侧风扇电路。
[0010]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第一相电路包括N个功率单元，包括：所述N个功率单元中的每个功率单元包括依次相连的高压侧功率电路、中频变压器和低压侧功率电路；所述每个功率单元包括输入端和输出端，包括：所述输入端为所述高压侧功率电路的输入端，所述输出端为所述低压侧功率电路的输出端。
[0011]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述固态变压器包括第一相电路，所述固态变压器还包括第二相电路和第三相电路，所述第一相电路、所述第二相电路与所述第三相电路的输出端并联并连接所述低压直流电的输出端，所述第一相电路、所述第二相电路与所述第三相电路的电路结构相同，所述第一相电路为所述第一相电路、所述第二相电路与所述第三相电路中的任意一相电路。
[0012]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，从所述第一相电路的单相中压交流电的输入点起，所述N个功率单元依次表示为功率单元1、功率单元2、
…
、功率单元N，所述第一相电路包括功率单元X，所述功率单元X为所述N个功率单元中的任意一个；在所述固态变压器启动时，若所述固态变压器包含第一相电路，所述第一相电路中的功率单元X输出的第一直流电用于为所述低压辅源电路供电，若所述固态变压器包含多相电路，所述多相电路中的每一相电路中的同样位置的功率单元X输出的第一直流电用于为所述低压辅源电路供电。
[0013]该实现方式中，使用第一相电路或者多相电路中的每一相电路中的同样位置的功率单元X输出的第一直流电为低压辅源电路供电，也就是说每相都使用功率单元X，便于固态变压器在使用过程中进行控制，且每相都可以为低压辅源电路供电，也即每相电路可以分别独立地给低压辅源电路供电，彼此互为备份，进而可以提高为低压辅源电路供电的可靠性。
[0014]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，在所述固态变压器中电压达到所述预设稳定电压值时，所述第一相电路或所述多相电路中的每一相电路中的所有功率单元均输出第一直流电用于为所述低压辅源电路供电。
[0015]该实现方式中，在固态变压器中电压达到预设稳定电压值时，开关单元闭合，第一相电路或多相电路中的每一相电路中的所有功率单元均为低压辅源电路供电，与现有技术相比，成本较低，且为低压辅源电路供电的可靠性高。
[0016]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述低压辅源电路具体用于：将所述第一直流电转换为所述低压侧功率电路所需的第二直流电，所述第二直流电的电压小于或等于所述第一直流电的电压。
[0017]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第一相电路还包括开关单元，所述开关单元连接在所述功率单元X与所述固态变压器中连接负载的输出端之间，所述开关单元用于在所述固态变压器启动时将所述功率单元X与所述固态变压器中连接负载的输出端断开及在所述固态变压器中电压达到预设稳定电压值时，将所述功率单元X与所述固态变压器中连接负载的输出端连通。
[0018]该实现方式中，使用开关单元控制负载供电，可以防止固态变压器启动时低压侧直流输出低，导致负载电压低。
[0019]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述开关单元包括继电器或半导体功率开关。
[0020]该实现方式中，通过继电器或半导体功率开关的闭合与断开可以控制负载供电，以防止固态变压器启动时低压侧直流输出低，导致负载电压低。
[0021]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述固态变压器还包括备用储能装置，所述备用储能装置与所述低压辅源电路相连，当所述固态变压中的所有低压侧功率电路不能为所述低压辅源电路供电时，所述备用储能装置用于为所述低压辅源电路供电。
[0022]该实现方式中，备用储能装置在固态变压器正常工作时储存电能，在固态变压器中所有功率单元均不能为低压辅源电路供电时，为低压辅源电路紧急供电，从而可以判断固态变压器故障和将故障信号传出，便于相关人员及时发现问题并处理，进而提高为低压辅源电路供电的可靠性。
[0023]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述备用储能装置包括电池或电容。
[0024]该实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态变压器，其特征在于，所述固态变压器包括第一相电路，所述第一相电路的输入端连接单相中压交流电，输出端连接低压直流电的输出端，且所述第一相电路包括N个功率单元，N为大于或等于1的整数；所述N个功率单元中的每个功率单元包括输入端和输出端，所述第一相电路包括的N个功率单元的输入端串联并连接到所述单相中压交流电，所述第一相电路包括的N个功率单元的输出端并联且连接到所述低压直流电的输出端；所述固态变压器还包括低压辅源电路，所述低压辅源电路与所述低压直流电的输出端连接，所述N个功率单元的输出端输出的第一直流电用于为所述低压辅源电路供电，所述第一直流电为所述低压直流电。2.根据权利要求1所述的固态变压器，其特征在于，所述固态变压器还包括低压辅源电路，包括：所述低压辅源电路为所述每个功率单元内的低压侧功率电路中的至少部分功能电路供电。3.根据权利要求2所述的固态变压器，其特征在于，所述低压辅源电路为所述每个功率单元内的低压侧功率电路中的至少部分功能电路供电，所述至少部分功能电路包括但不限于：低压侧检测电路、低压侧控制电路、低压侧通讯电路和低压侧风扇电路。4.根据权利要求1所述的固态变压器，其特征在于，所述第一相电路包括N个功率单元，包括：所述N个功率单元中的每个功率单元包括依次相连的高压侧功率电路、中频变压器和低压侧功率电路；所述每个功率单元包括输入端和输出端，包括：所述输入端为所述高压侧功率电路的输入端，所述输出端为所述低压侧功率电路的输出端。5.根据权利要求1至4中任一项所述的固态变压器，其特征在于，所述固态变压器包括第一相电路，所述固态变压器还包括第二相电路和第三相电路，所述第一相电路、所述第二相电路与所述第三相电路的输出端并联并连接所述低压直流电的输出端，所述第一相电路、所述第二相电路与所述第三相电路的电路结构相同或相近，所述第一相电路为所述第一相电路、所述第二相电路与所述第三相电路中的任意一相电路。6.根据权利要求5所述的固态变压器，其特征在于，从所述第一相电路的单相中压交流电的输入点起，所述N个功率单元依次表示为功率单元1、功率单元2、
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、功率单元N，所述第一相电路包括功率单元X，所述功率单元X为所述N个功率单元中的任意一个；在所述固态变压器启动时，若所述固态变压器包含第一相电路，所述第一相电路中的功率单元X输出的第一直流电用于为所述低压辅源电路供电，若所述固态变压器包含多相电路，所述多相电路中的每一相电路中的同样位置的功率单元X输出的第一直流电用于为所述低压辅源电路供电。7.根据权利要求6所述的固态变压器，其特征在于，在所述固态变压器中电压达到预设稳定电压值时，所述第一相电路或所述多相电路中的每一相电路中的所有功率单元均输出第一直流电用于为所述低压辅源电路供电。8.根据权利要求6或7所述的固态变压器，其特征在于，所述第一相电路还包括开关单元，所述开关单元连接在所述功率单元X与所述固态变压器中连接负载的输出端之间，所述开关单元用于在所述固态变压器启动时将所述功率单元X与所述固态变压器中连接负载的
输出端断开，并在所述固态变压器中电压达到预设稳定电压值时将所述功率单元X与所述固态变压器中连接负载的输出端连通。9.根据权利要求8所述的固态变压器，其特征在于，所述开关单元包括继电器或半导体功率开关。10.根据权利要求1至9中任一项所述的固态变压器，其特征在于，所述固态变压器还包括备用储能装置，所述备用储能装置与所述低压辅源电路相连，当所述固态变压中的所有低压侧功率电路不能为所述低压辅源电路供电时，所述备用储能装置用于为所述低压辅源电路供电。11.根据权利要求10所述的固态变压器，其特征在于，所述备用储能装置包括电池或电容。12.根据权利要求1至11中任一项所述的固态变压器，其特征在于，所述单相中压交流电为电压值大于或等于第一阈值的交流电，所述低压直流电为电压值小于所述第一阈值的直流电。13.根据权利要求1至12中任一项所述的固态变压器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗涛，任标，景遐明，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：