[发明专利]一种多重模块化直流变压器

说明书

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及到固态变压器，特别涉及一种多重模块化直流变压器。

背景技术

在直流电网中，由于全控型电压源换流器(VSC)技术的成熟，柔性直流输电技术发展迅速，在风电场接入、孤立负荷供电、非同步电网联网等方面具有很大的应用前景。尤其是多端柔性直流输电的发展，为直流组网提供了有效的技术途径，并且激励着柔性直流技术向配电侧延伸。

为了实现直流配电网高、中压直流配电母线与低压直流微电网母线或各种不同直流电压等级的负荷、储能系统和分布式发电的连接，直流变压器得到广泛的研究；而模块化提高直流变压器电压等级和容量是现有技术的重要研究方向。

比如专利《一种用于中低压直流配电的高频链多电平直流变压器》(申请号：CN201510181572.9)，主要由依次相连的低压直流变换级、高频隔离变换级和高压直流变换级组成，低压直流变换级中的m个全桥变换器的直流侧并联引出低压直流端，交流侧与高频隔离变换级中m个高频隔离变压器的原边分别相连，高频隔离变压器副边依次串联后与串联电感联组成高压高频交流端，高压高频交流端与高压直流变换级中模块化多电平变换器(MC)的交流端连接，模块化多电平变换器(MC)的直流侧引出高压直流端，模块化多电平变换器(MC)由包含多个子模块的子桥臂组成。

比如专利《一种用于高压直流输配电的模块化直流固态变压器》(申请号：CN201410361071.4)，由两个模块化多电平变换器和变压器组成，第一模块化多电平变换器由k个相同的桥臂组成，每个桥臂分成上半桥臂和下半桥臂，上半桥臂和下半桥臂均由n个子模块串联；变压器的原、副边均由k个绕组组成；第二模块化多电平变换器由k个相同的桥臂组成，每个桥臂分成上半桥臂和下半桥臂，上半桥臂和下半桥臂均由m个子模块SM串联；第一模块化多电平变换器中各个桥臂的中点分别与变压器的原边引线相连；第二模块化多电平变换器各个桥臂的中点分别与变压器的副边引线相连。本发明可实现高压和低压或高压直流输配电网的电压匹配。

以上现有技术均通过模块化技术提高直流变压器电压等级和容量来满足高、中压直流配电网或低压直流微电网母线间不同直流电压等级的连接，但其高频隔离环节均是在两级变换中间进行集中隔离变换，但这种设计方式导致变压器高频电压都非常高，往往等于高压、中压直流侧的电压，这样在开关过程中将会带来很大的电压应力，容易造成电子器件损坏；另外在调试中、低压直流变换级或者高压直流变换级时需要将该变换级作为一个整体进行调试，降低了安装和调试的灵活性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多重模块化直流变压器，通过将现有技术中集中的高频交流变压器离散为多个变压器的模块化设计，在减小高频交流变压器制造难度的同时减小了高频隔离环节电压应力；且每个子模块均是一个直流变换器，可以独立调试和运行，也可以串并联组合成高压大容量的直流变压器运行，有效提高了系统效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多重模块化直流变压器，包括n个输入端串联/并联、输出端串联/并联的子模块单元，n为任意正整数；子模块单元包括依次连接的高频直流变换模块、高频隔离变换模块和低压直流变换模块；其中，n个子模块单元的高频隔离变换模块高压侧电压之和为中压/高压直流母线电压。

进一步的，高频直流变换模块采用H桥结构，高频直流变换模块子桥臂均设有相同数目的至少一个的由全控型桥臂与直流电容并联构成的开关模块。当开关模块的数目大于或等于2时，子桥臂的开关模块相互串联设置。

具体的，开关模块由第一开关、第二开关、第一二级管、第二二极管和直流电容构成，第一开关与第一二级管反并联，第二开关与第二二级管反并联，第一开关与第二开关串联，第一开关的集电极与直流电容的正极相连，第二开关的发射极与直流电容的负极相连。

进一步的，高频直流变换模块子桥臂上的开关模块均通过桥臂电感与对应桥臂中点连接。

进一步的，高频隔离变换模块包括高频隔离变压器、谐振电容和谐振电感,高频直流变换模块通过谐振电容和谐振电感与高频隔离变压器原边绕组相连。

作为本发明低压直流变换模块第一实施例，低压直流变换模块包括由四个开关管作为开关构成的低压侧H全桥结构，四个开关管分别反向并联有二极管，低压侧H全桥结构右侧并联直流电容后串接在高频隔离变压器副边绕组与低压侧直流微网间。

作为本发明低压直流变换模块第二实施例，低压直流变换模块结构与高频直流变换模块结构相同。