【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于直流变压器，具体涉及一种谐振型模块化多电平中压直流固态变压器、控制方法。
技术介绍
1、中压直流供电架构因高效、低成本和高稳定性等优点，在直流微网、充电站和大规模储能等应用场合中得到广泛应用。中压直流变换器是中压直流供电架构中的关键装置，其作用是将一种中压直流电压变换为另一种中压直流电压以形成供电母线，或变换成低压直流以供负载使用，同时还需实现电气隔离。
2、传统工频变压器是一种无源元件，结构简单，但只能实现从交流与交流的隔离和电压变换。为实现从直流到直流的隔离电压变换，基本设计思路是先采用功率半导体构成“直流-交流”电能变换环节，再通过中频（或高频）变压器进行电气隔离，最后利用电能变换环节将实现“交流-直流”变换。由于变换的交流电为中频（或高频）交流电，因此交流变压器体积可显著缩小。此外，由于采用了功率半导体器件进行电能变换，因此可以实现端口电压、电流、功率等控制。
3、在低压变换领域，双有源桥（dual active bridge, dab）是实现上述功能的主要电路。但在中压变换领域，受限于单个器件耐压值，需要将大量dab进行串联运行，这种解决方案存在大量分立的变压器，并且需要考虑dab之间的协调运行，系统较为复杂。而模块化多电平变换（modular multilevel conversion, mmc）技术是一种将带浮动电容的桥式电路作为基本模块，将大量模块串联进行电能变换的结构。采用mmc技术构造的模块化中压直流变换器（modular medium dc, mmdc）具有模块统一控制
4、然而，传统mmdc的模块数量较多，为导致系统成本较高、控制线路较多、系统功率密度难以进一步提升等问题,这些缺点限制了其在一些对成本和空间有着严格要求的应用场合中的使用。
5、紧凑型mmdc是一种创新的电力电子技术，用于克服上述缺点。它通过优化传统mmdc中的功率环路，达到减少子模块数量、降低成本体积的目标。在相同的变换需求下，紧凑型mmc所需的子模块数量只需传统mmdc的一半,随之带来的好处有模块之间的绝缘距离减半，模块和控制器之间的光纤数量减半，辅电和水冷线路数量减半，机械结构件减半等明显优势。
6、紧凑型mmc的主要问题在于，其中频变压器工作时存在直流磁通分量，这增加了磁芯设计的最大磁密，增加了磁芯体积，导致磁芯正负半周工作不对称，磁芯利用不充分，磁化不均匀。在工作过程中控制不当还会产生直流磁通的积累，有可能导致变压器铁芯饱和，这最终引起变压器振动、发热等问题，若不加以控制，可能会影响变压器的长期稳定性和可靠性。消除紧凑型mmdc的直流磁通，是提高紧凑型mmdc的运行性能和可靠性的关键技术挑战。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
中提到的紧凑型mmc存在稳定性和可靠性的问题，在本专利技术的第一方面提供了一种谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，包括输入端、输出端以及分别与输入端、输出端连接的中频变压器，所述输入端包括均由多个半桥结构的子模块形成的上桥臂和下桥臂；所述输入端与中频变压器之间还设有谐振腔电路，所述谐振腔电路用于为输入端的直流电流提供旁路通道，以及对输入端和中频变压器的流入的交流电流进行正弦化；所述输出端，包括多个二极管构成的不控整流电路，用于将中频变压器的感应电流整流为恒定负载电流。
2、在本专利技术的一些实施例中，所述谐振腔电路至少包括：一个谐振电感、一个直流滤波电感、一个谐振电容和一个励磁电感。
3、进一步的，所述谐振电感和所述谐振电容均位于谐振腔电路的干路上，所述直流滤波电感和励磁电感位于支路上。
4、更进一步的，所述谐振电感、直流滤波电感、谐振电容和励磁电感形成llc电路。
5、进一步的，所述直流滤波电感位于上桥臂或下桥臂的前端。
6、在本专利技术的一些实施例中，所述直流滤波电感用作上桥臂或下桥臂的桥臂电感。
7、在本专利技术的一些实施例中，所述恒定负载电流表示为：
8、，
9、其中 i0表示输出电流， ipri表示输入端的电流， n表示输出端与输入端的线圈匝数比， ws表示输入端的电压的相位。
10、在本专利技术的一些实施例中，所述上桥臂的所有子模块同时投入或旁路，占空比为50%。
11、在本专利技术的一些实施例中，每个子模块通过均压法驱动。
12、本专利技术的第二方面，提供了一种谐振型模块化多电平中压直流固态变压器的控制方法，包括：在每个基波周期内通过均压法驱动模块化中压直流变换器中的每个子模块；所有子模块的输出电流经过谐振腔的谐振，在预设负载范围内实现软开关；经过软开关后的输出电流经过中频变压器后，通过输出端的不控整流后输出给负载。
13、本专利技术的有益效果是：
14、本专利技术在变压器通路上增加串联谐振腔。谐振腔的加入提供了一个直流电流的旁路通道，使得变压器中不再流过直流电流，从而解决了直流偏磁问题；谐振腔对流过功率器件和中频变压器的电流进行了“整形”，电流更接近正弦波，使功率器件和中频变压器处于更好的工作点；在谐振腔的作用下，变换器运行于轻载条件下亦更容易实现软开关。软开关显著降低了开关损耗，减少了电磁干扰，提高了运行效率。
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1.一种谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，包括输入端、输出端以及分别与输入端、输出端连接的中频变压器，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，其特征在于，所述谐振腔电路至少包括：一个谐振电感、一个直流滤波电感、一个谐振电容和一个励磁电感。
3.根据权利要求2所述的谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，其特征在于，所述谐振电感和所述谐振电容均位于谐振腔电路的干路上，所述直流滤波电感和励磁电感位于支路上。
4.根据权利要求3所述的谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，其特征在于，所述谐振电感、直流滤波电感、谐振电容和励磁电感形成LLC电路。
5.根据权利要求2所述的谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，其特征在于，所述直流滤波电感位于上桥臂或下桥臂的前端。
6.根据权利要求1所述的谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，其特征在于，所述直流滤波电感用作上桥臂或下桥臂的桥臂电感。
7.根据权利要求1所述的谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，其特征在于，所述恒定负载电流表示为：
8.根据权利要求1所述的谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，其特征在于，所述上桥臂的所有子模块同时投入或旁路，占空比为50%。
9.根据权利要求1或8所述的谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，其特征在于，每个子模块通过均压法驱动。
10.一种谐振型模块化多电平中压直流固态变压器的控制方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，包括输入端、输出端以及分别与输入端、输出端连接的中频变压器，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，其特征在于，所述谐振腔电路至少包括：一个谐振电感、一个直流滤波电感、一个谐振电容和一个励磁电感。
3.根据权利要求2所述的谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，其特征在于，所述谐振电感和所述谐振电容均位于谐振腔电路的干路上，所述直流滤波电感和励磁电感位于支路上。
4.根据权利要求3所述的谐振型模块化多电平中压直流固态变压器，其特征在于，所述谐振电感、直流滤波电感、谐振电容和励磁电感形成llc电路。
5.根据权利要求2所述的谐振型模块化多电...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐应年，文刚，王运至，赵勇兵，段双意，
申请(专利权)人：武汉海德博创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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