[发明专利]一种直流固态变压器及其控制方法

说明书

本发明公开一种直流固态变压器及其控制方法。该直流固态变压器包括一个滤波电感、多个半桥子模块以及多个DC‑DC隔离型变换器。多个半桥子模块互相级联后与滤波电感串联接入中压直流电网，每个半桥子模块的输出端与每个DC‑DC隔离型变换器的直流输入端连接，所有DC‑DC隔离型变换器的直流输出端并联后与低压直流电网或负载连接。本发明直流固态变压器通过中压直流电网电压以及直流固态变压器实际运行功率实时计算半桥子模块和DC‑DC隔离型变换器的运行个数，其余半桥子模块和DC‑DC隔离型变换器处于热备用状态，实现整机的高效率运行。

技术领域

本发明属于电力电子应用的技术领域，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

随着经济的高速发展，化石燃料日渐衰竭，使得新能源的应用得到快速发展。大部分的新能源，如光伏、燃料电池等，所发出的电能为直流电能，同时直流发输配电作为当今电力技术革新的重要方向，使得直流输电、直流配电网以及微网等领域逐渐进入大家研究的视野，可以预测直流电网是未来的发展趋势。

传统的电力变压器作为电力系统的基本设备，无法实现直流电压变换。近年来，随着电力电子技术的快速发展，固态变压器作为一种新型的变压器受到了广泛关注。固态变压器除了具有体积小的优点，还能完成电能质量管理以及新能源接入等任务，更能在直流电网中作为电压变换以及能量管理的关键设备，因而成为目前的研究热点，而其研究重点则在于减小体积以及提高效率，因此有必要提出一种体积小的直流固态变压器以及能提高工作效率的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于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，该新型拓扑及其控制方法可满足小体积以及高效率的技术需求。

本发明采用的技术方案是：

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隔离型变换器，所述多个半桥子模块级联后的直流输入端正极串联所述滤波电感后与中压直流电网的正极连接，所述多个半桥子模块级联后的直流输入端负极与中压直流电网的负极连接，所述多个DC-DC隔离型变换器的直流输出侧并联后形成直流输出端口，直流输出端口与低压直流电网或负载连接，所述每个DC-DC隔离型变换器的直流输入侧形成直流输入端口，每个直流输入端口各与一个半桥子模块的直流输出端连接。

所述DC-DC隔离型变换器包括逆变器、LC串联谐振环节、中频变压器、整流器和第一电容，所述逆变器的直流侧与半桥子模块的直流输出端连接，所述逆变器的交流侧串联所述LC串联谐振环节后连接所述中频变压器的原边，所述整流器的交流侧连接所述中频变压器的副边，所述整流器的直流侧并联所述第一电容，所述整流器的直流侧连接低压直流电网或负载。

所述逆变器和所述整流器均包括四个含反并联二极管的全控型开关，四个含反并联二极管的全控型开关连接成全桥结构；LC串联谐振环节包括谐振电感和谐振电容，成串联形式连接。

所述半桥子模块包括一个半桥桥臂和第二电容，所述半桥桥臂由上下两个含反并联二极管的全控型开关串联组成，所述半桥桥臂的上管的集电极与第二电容的正极相连，下管的发射极与第二电容的负极连接，所述半桥桥臂的中点与桥臂下管的发射极作为半桥子模块的直流输入端，所述第二电容的正负极作为半桥子模块的直流输出端。

所述直流固态变压器的控制方法包括功率控制和电压控制。

所述功率控制或电压控制均通过调节运行半桥子模块的工作占空比来实现，运行DC-DC隔离型变换器中的全控型开关以恒定50％占空比工作。在所有半桥子模块中，除运行半桥子模块外，其余半桥子模块处于热备用状态，即恒处于下管开通，上管关断状态。在所有DC-DC隔离型变换器中，除运行DC-DC隔离型变换器外，其余DC-DC隔离型变换器处于热备用状态，即恒处于所有全控型开关关断状态。运行半桥子模块个数应小于或等于总半桥子模块个数，运行DC-DC隔离型变换器个数应小于或等于总DC-DC隔离型变换器个数。