本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，具體地，涉及一種三端直流變壓器。

背景技術(shù)：

隨著傳統(tǒng)能源的短缺和環(huán)境惡化問題的加劇，風(fēng)能、太陽能等可再生清潔能源的利用與開發(fā)得到了越來越多的重視。風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電具有間歇性，隨機性的特點，傳統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行技術(shù)無法適應(yīng)大規(guī)?？稍偕茉唇尤?，而基于常規(guī)直流及柔性直流的多端直流輸電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)技術(shù)是解決這一問題的有效手段。由于直流電網(wǎng)尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的直流線路大都運行在不同的電壓等級，為了將不同電壓等級的直流輸電系統(tǒng)互聯(lián)形成直流電網(wǎng)，需要應(yīng)用直流變壓器(通常又稱為dc-dc變換器)。已有的高壓dc-dc變換器可連接兩個直流輸電系統(tǒng)，如果需要同時連接三個直流輸電系統(tǒng)，則需要多個dc-dc變換器，這會增加系統(tǒng)成本。另一種方案是應(yīng)用三端直流變壓器(三端dc-dc變換器)，可直接連接三個直流輸電系統(tǒng)以降低系統(tǒng)的成本與損耗。

發(fā)表于ieeetransactionsonpowerelectronics的文獻“quasitwo-leveloperationofmodularmultilevelconverterforuseinahigh-powerdctransformerwithdcfaultisolationcapability”，提出了一種基于模塊化多電平變換器(modularmultilevelconverter,mmc)的隔離型三端dc-dc變換器拓撲，該變換器本質(zhì)上是由三個共交流母線的mmc組成，隔離變壓器用于電氣隔離和變壓。由于變換器需要工頻變壓器，且所需的子模塊數(shù)量大，因此具有成本高，損耗大，效率低的缺陷。

發(fā)表于ieeetransactionsonpowerdelivery的文獻“multiporthigh-powerlcldchubforuseindctransmissiongrids”提出了一種直流變壓器拓撲，直流變壓器采用lcl電路進行變壓，因此不需要隔離變壓器。但是變換器所需的子模塊數(shù)量大，因此成本和損耗均較大。

發(fā)表于ieeetransactionsonpowerelectronics的文獻“multiportdc–dcautotransformerforinterconnectingmultiplehigh-voltagedcsystemsatlowcost”提出了一種自耦型多端dc-dc變換器拓撲。變換器中變壓器的容量相比上述第一篇文獻更小，且所需的子模塊數(shù)減少。但是變換器仍然需要多個工頻隔離變壓器，因此系統(tǒng)的體積和成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種體積小、成本低的三端直流變壓器。

根據(jù)本發(fā)明提供的三端直流變壓器，包括依次串聯(lián)的三個鏈?zhǔn)侥K，第一鏈?zhǔn)侥K的輸入端通過橋臂電感與第一直流電壓源的正極連接，第二鏈?zhǔn)侥K的輸入端通過濾波電感與第二直流電壓源的正極連接，第三鏈?zhǔn)侥K的輸入端通過濾波電感與第三直流電壓源的正極連接，所述第三鏈?zhǔn)侥K的輸出端分別與所述第一直流電壓源的負極、所述第二直流電壓源的負極以及所述第三直流電壓源的負極連接；

每一鏈?zhǔn)侥K由若干半橋型子模塊以及至少一全橋型子模塊串聯(lián)組成。

優(yōu)選的，所述半橋型子模塊由一個電容和兩個功率開關(guān)管構(gòu)成，第一功率開關(guān)管與電容正極相連，第二功率開關(guān)管與電容負極相連。

優(yōu)選的，所述全橋型子模塊由一個電容和四個功率開關(guān)管構(gòu)成，第一功率開關(guān)管與第三功率開關(guān)管與電容正極相連，第二功率開關(guān)管與第四功率開關(guān)管與電容負極相連。

優(yōu)選的，所述第一直流電壓源的電壓值udc1>所述第二直流電壓源的電壓值udc2>所述第三直流電壓源的電壓值udc3。

優(yōu)選的，所述鏈?zhǔn)侥K的輸出電壓的交流分量為正弦波，方波和脈寬調(diào)制波。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1)子模塊電容容值大大減小，可減小變換器體積和成本；

2)交流環(huán)流更小，開關(guān)頻率更低，因此效率更高。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明提供的一種三端直流變壓器的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明提供的半橋型子模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明提供的全橋型子模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明三個鏈?zhǔn)侥K的輸出電壓示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供的三端直流變壓器包括依次串聯(lián)的三個鏈?zhǔn)侥K，鏈?zhǔn)侥K1的輸入端通過橋臂電感l(wèi)a與直流電壓源udc1的正極連接，鏈?zhǔn)侥K2的輸入端通過濾波電感l(wèi)f1與直流電壓源udc2的正極連接，鏈?zhǔn)侥K3的輸入端通過濾波電感l(wèi)f2與直流電壓源udc3的正極連接，鏈?zhǔn)侥K3的輸出端分別與直流電壓源udc1的負極、直流電壓源udc2的負極以及直流電壓源udc3的負極連接，其中udc1>udc2>udc3。

鏈?zhǔn)侥K由多個子模塊串聯(lián)而成，子模塊可以為圖2中的半橋型子模塊或圖3中的全橋型子模塊。半橋型子模塊由一個電容和兩只功率開關(guān)管構(gòu)成，第一功率開關(guān)管s1與電容正極相連，第二功率開關(guān)管s2與電容負極相連。全橋型子模塊由一個電容和四只功率開關(guān)管構(gòu)成，第一功率開關(guān)管s1、第三功率開關(guān)管s3與電容正極相連，第二功率開關(guān)管s2、第四功率開關(guān)管s4與電容負極相連。在正常工作時，子模塊采用半橋型子模塊即可，若需要隔離直流故障，則部分子模塊必須采用全橋型子模塊，因此，設(shè)置每一鏈?zhǔn)侥K由若干半橋型子模塊以及至少一全橋型子模塊串聯(lián)組成。

如圖4所示，鏈?zhǔn)侥K1、2和3的輸出電壓(vcl1、vcl2、vcl3)均為兩電平脈寬調(diào)制波形，占空比分別為d1、d2和d3。鏈?zhǔn)侥K2的輸出電壓相比鏈?zhǔn)侥K1的輸出電壓存在相移，移相占空比為ds1，鏈?zhǔn)侥K2的輸出電壓相比鏈?zhǔn)侥K1的輸出電壓存在相移，移相占空比為ds2。本發(fā)明直流變壓器通過調(diào)節(jié)移相占空比ds1和ds2來維持所有子模塊電容電壓平衡。

所有鏈?zhǔn)侥K的輸出電壓包含直流分量和交流分量，鏈?zhǔn)侥K1、2和3的輸出電壓的直流分量分別為(udc1-udc2)、(udc2-udc3)和udc3。鏈?zhǔn)侥K間通過交流環(huán)流來傳遞有功功率以實現(xiàn)子模塊電容的充放電平衡。鏈?zhǔn)侥K輸出電壓的交流分量可為正弦波，方波和脈寬調(diào)制波。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，

本技術(shù)：
的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種三端直流變壓器，包括依次串聯(lián)的三個鏈?zhǔn)侥K，第一鏈?zhǔn)侥K的輸入端通過橋臂電感與第一直流電壓源的正極連接，第二鏈?zhǔn)侥K的輸入端通過濾波電感與第二直流電壓源的正極連接，第三鏈?zhǔn)侥K的輸入端通過濾波電感與第三直流電壓源的正極連接，所述第三鏈?zhǔn)侥K的輸出端分別與所述第一直流電壓源的負極、所述第二直流電壓源的負極以及所述第三直流電壓源的負極連接；每一鏈?zhǔn)侥K由若干半橋型子模塊以及至少一全橋型子模塊串聯(lián)組成。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡旭;游洪程
受保護的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.15
技術(shù)公布日：2017.10.17