[发明专利]配网级高频隔离型柔性直流换流器

摘要

本发明公开的配网级高频隔离型柔性直流换流器，由3n或6n个高频隔离型基本功率单元相互连接而成，所述高频隔离型基本功率单元包括依次连接的非隔离型DC/DC变换器、隔离型DC/DC变换器和非隔离型DC/AC变换器；所述非隔离型DC/DC变换器的输入端作为高频隔离型基本功率单元的直流输入端，所述非隔离型DC/DC变换器的输出端与隔离型DC/DC变换器的输入端相连接，所述隔离型DC/DC变换器的输出端与非隔离型DC/AC变换器的输入端相连接，所述非隔离型DC/AC变换器的输出端作为高频隔离型基本功率单元的交流输出端；本发明实现了中压直流电能到中压交流电能的双向传输、电气隔离、波形控制等功能，同时采用模块化串并联设计，便于扩展，能够满足中压、中小容量电能变换的需求。

主权项

1.配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：由3n或6n个高频隔离型基本功率单元(1)相互连接而成，n为大于等于2的正整数，所述高频隔离型基本功率单元(1)包括依次连接的非隔离型DC/DC变换器(11)、隔离型DC/DC变换器(12)和非隔离型DC/AC变换器(13)；

所述非隔离型DC/DC变换器(11)的输入端作为高频隔离型基本功率单元(1)的直流输入端，所述非隔离型DC/DC变换器(11)的输出端与隔离型DC/DC变换器(12)的输入端相连接，所述隔离型DC/DC变换器(12)的输出端与非隔离型DC/AC变换器(13)的输入端相连接，所述非隔离型DC/AC变换器(13)的输出端作为高频隔离型基本功率单元(1)的交流输出端。

2.根据权利要求1所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述非隔离型DC/DC变换器(11)采用二电平单相半桥拓扑、二电平单相全桥拓扑、三电平单相半桥拓扑或三电平单相全桥拓扑中的一种拓扑结构，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含相应的直流滤波电容，均以桥式电路的直流侧作为所述非隔离型DC/DC变换器(11)的输出端，以另一侧作为所述非隔离型DC/DC变换器(11)的输入端。

3.根据权利要求1所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述非隔离型DC/AC变换器(13)采用二电平全桥拓扑或者三电平全桥拓扑，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含交流滤波电感和相应的直流滤波电容，均以桥式电路的直流侧作为所述非隔离型DC/AC变换器(13)的输入端，以另一侧作为所述非隔离型DC/AC变换器(13)的输出端。

4.根据权利要求1所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述隔离型DC/DC变换器(12)包括依次连接的原边DC/AC变换器(121)、原边阻抗网络(122)、高频隔离变压器(123)、副边阻抗网络(124)和副边AC/DC变换器(125)；

所述原边DC/AC变换器(121)的输入端作为隔离型DC/DC变换器(12)的输入端，所述原边DC/AC变换器(121)的输出端与原边阻抗网络(122)的输入端相连接，所述原边阻抗网络(122)的输出端与高频隔离变压器(123)的输入端相连接，所述高频隔离变压器(123)的输出端与副边阻抗网络(124)的输入端相连接，所述副边阻抗网络(124)的输出端与副边AC/DC变换器(125)的输入端相连接，所述副边AC/DC变换器(125)的输出端作为隔离型DC/DC变换器(12)的输出端。

5.根据权利要求4所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述原边DC/AC变换器(121)和副边AC/DC变换器(125)拓扑结构，拓扑结构采用二电平单相半桥拓扑、二电平单相全桥拓扑、二电平三相全桥拓扑、三电平单相半桥拓扑、三电平单相全桥拓扑或三电平三相全桥拓扑，均以桥式电路的直流侧作为所述原边DC/AC变换器(121)的输入端或者所述副边AC/DC变换器(125)的输出端，以另一侧作为所述原边DC/AC变换器(121)的输出端或者所述副边AC/DC变换器(125)的输入端。

6.根据权利要求5所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述原边阻抗网络(122)和副边阻抗网络(124)两者采用相同的拓扑结构，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含相应的直流滤波电容；

当所述原边DC/AC变换器(121)和副边AC/DC变换器(125)采用二电平单相半桥拓扑、二电平单相全桥拓扑、三电平单相半桥拓扑或三电平单相全桥拓扑时，原边阻抗网络(122)和副边阻抗网络(124)为每个端口有两个端子的二端口，内部对应两条支路，支路采用一条支路串联单电感的拓扑，或者一条支路串联电感和电容的拓扑，或者一条支路串联电感、两条支路间并联电容的拓扑；

当所述原边DC/AC变换器(121)和副边AC/DC变换器(125)采用二电平三相全桥拓扑或三电平三相全桥拓扑时，原边阻抗网络(122)和副边阻抗网络(124)为每个端口有三个端子的二端口，内部对应三条支路，支路采用每条支路串联单电感的拓扑或每条支路串联电感和电容的拓扑。

7.根据权利要求5所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述高频隔离型基本功率单元(1)之间的连接采用基于三相并联技术的单极式高频隔离型换流器拓扑、基于三相并联技术的双极式高频隔离型换流器拓扑或者基于三相串联技术的双极式高频隔离型换流器拓扑。

8.根据权利要求7所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述基于三相并联技术的单极式高频隔离型换流器拓扑包括3n个高频隔离型基本功率单元(1)，3n个高频隔离型基本功率单元(1)平均分为3组；每组的n个高频隔离型基本功率单元(1)的直流输入端串联形成该组总的直流输入端，这3组的总的直流输入端并联形成系统的总的直流输入端；每组的n个高频隔离型基本功率单元(1)的交流输出端串联形成一相，3个组共形成3相，3相再按照星型连接构成系统的总的交流输出端。

9.根据权利要求7所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述基于三相并联技术的双极式高频隔离型换流器拓扑包括6n个高频隔离型基本功率单元(1)，6n个高频隔离型基本功率单元(1)平均分为3个大组，每个大组再平均分为两个小组；每个小组的n个高频隔离型基本功率单元(1)的直流输入端串联形成该小组总的直流输入端，同一大组内两个小组的总的直流输入端串联形成这个大组的总的直流输入端，3个大组的总的直流输入端再并联形成系统的总的直流输入端；每个小组的n个高频隔离型基本功率单元(1)的交流输出端串联形成该小组总的交流输出端，同一大组内两个小组的总的直流输入端再反相并联形成一相，3个大组共形成3相，3相再按照星型连接构成系统的总的交流输出端。

10.根据权利要求7所述的配网级高频隔离型柔性直流换流器，其特征在于：所述基于三相串联技术的双极式高频隔离型换流器拓扑包括3n个高频隔离型基本功率单元(1)，并将其平均分为3组；每组的n个高频隔离型基本功率单元(1)的直流输入端串联形成该组总的直流输入端，这3组的总的直流输入端再串联形成系统的总的直流输入端；每组的n个高频隔离型基本功率单元(1)的交流输出端串联形成一相，3个组共形成3相，3相再按照星型连接构成系统的总的交流输出端。