[发明专利]基于分布式高频变换的模块化固态变压器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式高频变换的模块化固态变压器及其控制方法，包括多个级联的模块，每个模块包括两个子变换器SCi1和SCi2、高频变压器和辅助电感L_i，其中i表示第i个模块。子变换器由四个功率子模块构成，功率子模块的结构可以是半桥型结构，也可以是全桥型结构。每个半桥结构包括一个电容、两个IGBT及与IGBT反向并联的二极管；每个全桥结构包括一个电容、四个IGBT及与IGBT反向并联的二极管。该变压器的输入端是高压，多个模块串联后作为输入端；该变压器的输出端是低压，多个模块并联后作为输出端。本发明可以通过控制SCi1的输出电压V_hi1和SCi2的输出电压V_hi2来控制电流i_hi1的流向，即实现功率流向的控制，完成电压的变换和隔离。

技术领域

本发明涉及一种基于分布式高频变换的模块化固态变压器，适用于高压到低压双向变换的应用场合。

背景技术

由于新能源的大力开发利用与电力电子技术的发展及能源互联网的推动，直流电网技术发展迅速。现有研究表明，直流电网技术是解决跨区域、大范围电力传输及分配、大规模广域分布式新能源开发和利用等问题的有效途径，可极大缓解大电网与分布式能源之间的矛盾，充分发挥分布式能源的效益。发展直流电网已得到世界各国专家及学者的广泛关注与认可。

目前，国内外在高压直流电网方面的研究集中于柔性直流输电技术的开发及其在大规模可再生能源接入、非同步电网互联、多端直流电网的应用研究，当前，国内外也有多个柔性直流输电的实际工程投入运行。在低压直流电网方面，世界范围内也有多种应用于不同场景的小型直流电网实验或示范项目建成。随着直流电网的快速发展，作为高压直流电网和低压直流电网的联接枢纽、配电环节和过渡网络，中压直流电网的研究与应用也吸引了国内外专家、学者广泛的关注。高压、中压、低压直流电网的互联是直流电网发展的必然趋势。而作为柔性直流电网互联的关键运行设备—固态变压器(Solid StateTransformer,SST)应具备：大功率、全隔离、高低压输入输出等功能。传统的低压小容量DC/DC变换器已经研究的比较成熟，可以应用在低压直流微网中直流负荷，分布式电源等的接入。SST作为柔性直流配网中的关键环节，不仅实现不同交流、直流电压等级的变换，还实现高低压直流配电网的隔离和功率的灵活控制。进一步的，由于SST普遍采用高速电力电子器件、高频变压器和模块化的结构，使得SST具有动态响应快、功率密度高、易于冗余设计的优点。

目前主流的DCSST(Direct Current Solid State Transformer,DCSST)拓扑有两种，一种是基于双主动全桥(dual-active-bridge，DAB)的输入串联输出并联(ISOP)型DC/DC变换器的结构。由于该结构高压侧的H桥为电容直接串联，当某一个DC/DC变换器出现故障时，不能直接通过机械开关将此部分电路旁路，因为这会将该DC/DC变换器高压侧的直流电容短路，当故障解除后，需要对该电容重新充电，这就增加了故障的恢复时间，降低了系统的可靠性。但是，DCSST需要很高的可靠性，即当内部部分模块出现故障时应该具备自动旁路的功能，而不应该使得整个DCSST停止工作，故该类拓扑不能直接用于DCSST。