本發(fā)明涉及電壓的變換裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混合型直流電力電子變壓器。

背景技術(shù)：

直流電力電子變壓器是未來直流輸配電網(wǎng)、直流風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)、直流光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)、船艦電力系統(tǒng)、軌道牽引供電系統(tǒng)、“能源互聯(lián)網(wǎng)”等應(yīng)用領(lǐng)域的重要設(shè)備，其主要功能是實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)直流母線之間的電壓變換、電氣隔離和功率傳輸。

電力電子變壓器為了適應(yīng)高壓大功率應(yīng)用場(chǎng)合，通常采用模塊化電路串并聯(lián)技術(shù)，以解決電力電子器件耐壓水平不足的限制問題。目前直流電力電子變壓器采用的模塊化電路主要有兩類，即基于移相控制的雙主動(dòng)橋直流變換器(dualactivebridge，dab)和串聯(lián)諧振型直流變換器(seriesresonantconvert，src)。雙主動(dòng)橋直流變換器控制靈活，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓或傳輸功率的主動(dòng)調(diào)節(jié)，但相對(duì)而言效率較低，而串聯(lián)諧振型直流變換器工作于諧振狀態(tài)時(shí)，具有很高的功率變換效率，但相對(duì)而言其電壓或傳輸功率調(diào)節(jié)能力受限，當(dāng)進(jìn)行功率調(diào)節(jié)時(shí)，串聯(lián)諧振型變換器將處于失諧狀態(tài)或處于電流斷續(xù)狀態(tài)，從而降低了功率變換效率或功率密度。

因此，由單一的模塊化電路構(gòu)成的直流電力電子變壓器實(shí)用性受到一定限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何提供一種利用雙主動(dòng)橋直流變換器實(shí)現(xiàn)電壓或功率的主動(dòng)調(diào)節(jié)并利用串聯(lián)諧振型直流變換器實(shí)現(xiàn)大功率傳輸?shù)幕旌闲椭绷麟娏﹄娮幼儔浩鳌?/p>

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種混合型直流電力電子變壓器，其特征在于：包括一個(gè)以上的雙主動(dòng)橋直流變換器以及兩個(gè)以上的串聯(lián)諧振型直流變換器，所述雙主動(dòng)橋直流變換器和串聯(lián)諧振型直流變換器的直流輸入側(cè)之間串聯(lián)連接后接入高壓直流母線，用于適應(yīng)高壓側(cè)直流母線的高電壓等級(jí)；雙主動(dòng)橋直流變換器和串聯(lián)諧振型直流變換器的直流輸出側(cè)之間并聯(lián)后接入低壓直流母線，用于向低壓側(cè)直流母線提供較大的功率；所述主動(dòng)橋直流變換器用于通過移相控制，實(shí)現(xiàn)傳輸功率或輸出電壓的主動(dòng)調(diào)節(jié)；所述諧振型直流變換器工作于諧振狀態(tài)，用于根據(jù)輸入和輸出直流電壓的變化自動(dòng)調(diào)整傳輸功率；所述混合型直流電力電子變壓器工作于電壓控制模式或功率調(diào)節(jié)模式。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述雙主動(dòng)橋直流變換器包括第一高壓側(cè)單相全控橋、第一高頻變壓器和第一低壓側(cè)單相全控橋，所述第一高壓側(cè)單相全控橋的輸入端為所述主動(dòng)橋直流變換器的直流輸入側(cè)，所述第一高壓側(cè)單相全控橋的輸出端與所述第一高頻變壓器的初級(jí)連接，所述第一高頻變壓器的次級(jí)與所述第一低壓側(cè)單相全控橋的輸入端連接，所述第一低壓側(cè)單相全控橋的輸出端為所述雙主動(dòng)橋直流變換器的直流輸出側(cè)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述雙主動(dòng)橋直流變換器還包括電感l(wèi)t，所述第一高壓側(cè)單相全控橋的輸出端經(jīng)所述電感l(wèi)t與所述第一高頻變壓器的初級(jí)連接。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述串聯(lián)諧振型直流變換器包括第二高壓側(cè)單相全控橋、諧振電路、第二高頻變壓器和第二低壓側(cè)單相全控橋，所述第二高壓側(cè)單相全控橋的輸入端為所述串聯(lián)諧振型直流變換器的直流輸入側(cè)，所述第二高壓側(cè)單相全控橋的輸出端經(jīng)所述諧振電路與所述第二高頻變壓器的初級(jí)連接，所述第二高頻變壓器的次級(jí)與所述第二低壓側(cè)單相全控橋的輸入端連接，所述第二低壓側(cè)單相全控橋的輸出端為所述串聯(lián)諧振型直流變換器的直流輸出側(cè)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述單相全控橋的直流側(cè)的兩端之間均并聯(lián)有電容器。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述高頻變壓器的繞組匝數(shù)比根據(jù)雙主動(dòng)橋直流變換器和串聯(lián)諧振型變換器串聯(lián)數(shù)目、高低直流母線電壓等級(jí)確定。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述諧振電路包括串聯(lián)連接的電容cr以及電感l(wèi)r。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述的電壓控制模式具體為：當(dāng)?shù)蛪褐绷髂妇€電壓偏低時(shí)，雙主動(dòng)橋直流變換器采用移相控制，增大移相比，進(jìn)而增加傳輸功率，使輸出直流電壓升高；當(dāng)?shù)蛪褐绷髂妇€電壓偏高時(shí)，雙主動(dòng)橋直流變換器采用移相控制，減小移相比，進(jìn)而減小傳輸功率，使輸出直流電壓降低，通過上述調(diào)節(jié)，最終使低壓直流母線電壓維持在參考值；在上述調(diào)節(jié)過程中，雙主動(dòng)橋直流變換器和串聯(lián)諧振型直流變換器的輸入電壓隨輸出電壓的變化重新分配，而保持串聯(lián)總直流電壓為高壓直流母線電壓不變。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述的電壓控制模式具體為：當(dāng)需要增加傳輸功率時(shí)，雙主動(dòng)橋直流變換器采用移相控制，增大移相比；當(dāng)需要減少傳輸功率時(shí)，雙主動(dòng)橋直流變換器采用移相控制，減小移相比，通過上述調(diào)節(jié)，最終使傳輸?shù)降蛪褐绷髂妇€的功率達(dá)到參考值；在上述調(diào)節(jié)過程中，雙主動(dòng)橋直流變換器和串聯(lián)諧振型直流變換器的傳輸功率隨總傳輸功率的變化重新分配。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述移相控制采用單移相控制、雙移相控制或多重移相控制；所述的移相控制可采用pi控制器，控制器輸入為電壓偏差值，控制器輸出為移相比。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：所述電力電子變壓器利用雙主動(dòng)橋直流變換器實(shí)現(xiàn)電壓或功率的主動(dòng)調(diào)節(jié)，并利用串聯(lián)諧振型直流變換器實(shí)現(xiàn)大功率傳輸，集合了二者各自的優(yōu)點(diǎn)，提高了直流電力電子變壓器的實(shí)用性。在實(shí)現(xiàn)直流電力電子變壓器輸出電壓或雙向傳輸功率靈活控制的同時(shí)，保留了串聯(lián)諧振型變換器功率變換效率高、功率密度大的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高了直流電力電子變壓器的實(shí)用性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中混合型直流電力電子變壓器含一個(gè)雙主動(dòng)橋直流變換器和兩個(gè)串聯(lián)諧振型直流變換器時(shí)的電路原理圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中混合型直流電力電子變壓器的電壓控制原理圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中混合型直流電力電子變壓器的功率調(diào)節(jié)原理圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中混合型直流電力電子變壓器含一個(gè)雙主動(dòng)橋直流變換器和兩個(gè)串聯(lián)諧振型直流變換器時(shí)的觸發(fā)脈沖波形圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中混合型直流電力電子變壓器含一個(gè)雙主動(dòng)橋直流變換器和兩個(gè)串聯(lián)諧振型直流變換器時(shí)的電壓控制仿真波形圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中混合型直流電力電子變壓器含一個(gè)雙主動(dòng)橋直流變換器和兩個(gè)串聯(lián)諧振型直流變換器時(shí)的功率調(diào)節(jié)仿真波形圖；

其中：1、第一高壓側(cè)單相全控橋2、第一高頻變壓器3、第一低壓側(cè)單相全控橋4、第二高壓側(cè)單相全控橋、5、第二高頻變壓器6、第二低壓側(cè)單相全控橋7、高壓直流母線8、低壓直流母線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

總體的，本發(fā)明公開了一種混合型直流電力電子變壓器，包括一個(gè)以上的雙主動(dòng)橋直流變換器以及兩個(gè)以上的串聯(lián)諧振型直流變換器。所述雙主動(dòng)橋直流變換器和串聯(lián)諧振型直流變換器的直流輸入側(cè)之間串聯(lián)連接后接入高壓直流母線，用于適應(yīng)高壓側(cè)直流母線的高電壓等級(jí)；雙主動(dòng)橋直流變換器和串聯(lián)諧振型直流變換器的直流輸出側(cè)之間并聯(lián)后接入低壓直流母線，用于向低壓側(cè)直流母線提供較大的功率；所述主動(dòng)橋直流變換器用于通過移相控制，實(shí)現(xiàn)傳輸功率或輸出電壓的主動(dòng)調(diào)節(jié)；所述諧振型直流變換器工作于諧振狀態(tài)，用于根據(jù)輸入和輸出直流電壓的變化自動(dòng)調(diào)整傳輸功率；所述混合型直流電力電子變壓器工作于電壓控制模式或功率調(diào)節(jié)模式。

具體的，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例公開的所述混合型直流電力電子變壓器，包括一個(gè)雙主動(dòng)橋直流變換器以及兩個(gè)串聯(lián)諧振型直流變換器。

進(jìn)一步的，如圖1所示，所述雙主動(dòng)橋直流變換器包括第一高壓側(cè)單相全控橋、第一高頻變壓器和第一低壓側(cè)單相全控橋。所述第一高壓側(cè)單相全控橋的輸入端為所述主動(dòng)橋直流變換器的直流輸入側(cè)，所述第一高壓側(cè)單相全控橋的輸出端與所述第一高頻變壓器的初級(jí)連接，所述第一高頻變壓器的次級(jí)與所述第一低壓側(cè)單相全控橋的輸入端連接，所述第一低壓側(cè)單相全控橋的輸出端為所述雙主動(dòng)橋直流變換器的直流輸出側(cè)。

優(yōu)選的，如圖1所示，所述雙主動(dòng)橋直流變換器還包括電感l(wèi)t，所述第一高壓側(cè)單相全控橋的輸出端經(jīng)所述電感l(wèi)t與所述第一高頻變壓器的初級(jí)連接。

進(jìn)一步的，如圖1所示，所述串聯(lián)諧振型直流變換器包括第二高壓側(cè)單相全控橋、諧振電路、第二高頻變壓器和第二低壓側(cè)單相全控橋。所述第二高壓側(cè)單相全控橋的輸入端為所述串聯(lián)諧振型直流變換器的直流輸入側(cè)，所述第二高壓側(cè)單相全控橋的輸出端經(jīng)所述諧振電路與所述第二高頻變壓器的初級(jí)連接，所述第二高頻變壓器的次級(jí)與所述第二低壓側(cè)單相全控橋的輸入端連接，所述第二低壓側(cè)單相全控橋的輸出端為所述串聯(lián)諧振型直流變換器的直流輸出側(cè)。

優(yōu)選的，如圖1所示，所述第一高壓側(cè)單相全控橋的直流輸入側(cè)并聯(lián)有電容c1，所述第二高壓側(cè)單相全控橋的直流輸入側(cè)并聯(lián)有電容c2，所述第一低壓側(cè)單相全控橋和第二低壓側(cè)單相全控橋的直流輸出側(cè)并聯(lián)有電容c0。

進(jìn)一步的，所述的高頻變壓器t，其繞組匝數(shù)比nt根據(jù)雙主動(dòng)橋直流變換器和串聯(lián)諧振型變換器串聯(lián)數(shù)目、高低直流母線電壓等級(jí)確定，一般的，串聯(lián)數(shù)目少時(shí)，其繞組匝數(shù)比較大。

如圖2所示，所述的混合型直流電力電子變壓器電壓控制模式基本工作原理為：當(dāng)?shù)蛪褐绷髂妇€電壓uo偏低時(shí)，雙主動(dòng)橋直流變換器采用移相控制，增大移相比d，進(jìn)而增加傳輸功率，使輸出直流電壓升高；當(dāng)?shù)蛪褐绷髂妇€電壓uo偏高時(shí)，雙主動(dòng)橋直流變換器采用移相控制，減小移相比d，進(jìn)而減小傳輸功率，使輸出直流電壓降低。通過上述調(diào)節(jié)，最終，低壓直流母線電壓uo維持在參考值uo_ref。所述的移相控制可采用單移相控制、雙移相控制和多重移相控制。在上述調(diào)節(jié)過程中，雙主動(dòng)橋直流變換器和串聯(lián)諧振型直流變換器的輸入電壓會(huì)隨輸出電壓的變化重新分配，而保持串聯(lián)總直流電壓為高壓直流母線電壓不變。所述的移相控制可采用pi控制器，控制器輸入為電壓偏差值(uo_ref-uo)，輸出為移相比d。

如圖3所示，所述的混合型直流電力電子變壓器功率調(diào)節(jié)模式基本工作原理為：當(dāng)需要增加傳輸功率時(shí)，雙主動(dòng)橋直流變換器采用移相控制，增大移相比d；當(dāng)需要減少傳輸功率時(shí)，雙主動(dòng)橋直流變換器采用移相控制，減小移相比d。通過上述調(diào)節(jié)，最終，傳輸?shù)降蛪褐绷髂妇€的功率po達(dá)到參考值po_ref。所述的移相控制可采用單移相控制、雙移相控制和多重移相控制。在上述調(diào)節(jié)過程中，雙主動(dòng)橋直流變換器和串聯(lián)諧振型直流變換器的傳輸功率隨總傳輸功率的變化重新分配。所述的移相控制可采用pi控制器，控制器輸入為功率偏差值(po_ref-po)，控制器輸出為移相比d。

所述的串聯(lián)諧振型直流變換器工作在諧振狀態(tài)，其高壓側(cè)單相全控橋生成工作頻率為諧振頻率的方波電壓。串聯(lián)諧振型直流變換器1和串聯(lián)諧振型直流變換器2通過脈沖交錯(cuò)控制，使二者的方波電壓相位交錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)減小輸入和輸出電流紋波的目的，進(jìn)而減小直流母線電壓紋波。

如圖4所示，當(dāng)雙主動(dòng)橋直流變換器的移相比為d時(shí)，高壓側(cè)單相全控橋觸發(fā)脈沖的相位超前低壓側(cè)單相全控橋觸發(fā)脈沖的相位，其時(shí)間間隔為dts，ts為開關(guān)頻率。串聯(lián)諧振型直流變換器1和串聯(lián)諧振型直流變換器2的高壓側(cè)單相全控橋之間觸發(fā)脈沖的相位錯(cuò)開ts/4時(shí)間間隔，實(shí)現(xiàn)了交錯(cuò)控制。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)施方案的可行性和正確性，對(duì)混合型直流電力電子變壓器分別進(jìn)行電壓控制和功率調(diào)節(jié)控制仿真，結(jié)果如圖5和圖6所示。

如圖5所示，混合型直流電力電子變壓器工作于電壓控制模式時(shí)，給定輸出電壓參考值3000v，當(dāng)0.05秒時(shí)，負(fù)載發(fā)生擾動(dòng)，低壓直流母線在電壓控制作用下，其電壓值跌落后0.1時(shí)恢復(fù)至參考值仍維持在3000v。調(diào)節(jié)過程中，雙主動(dòng)橋直流變換器和兩個(gè)串聯(lián)諧振型直流變換器的輸入電壓會(huì)隨輸出電壓的變化重新分配，而保持串聯(lián)總直流電壓為高壓直流母線電壓9000v不變。

如圖6所示，混合型直流電力電子變壓器工作于功率調(diào)節(jié)模式時(shí)，初始給定輸出功率參考值1mw，當(dāng)0.05秒時(shí)，輸出功率參考值變?yōu)?.8mw，混合型直流電力電子變壓器在功率調(diào)節(jié)控制作用下，其輸出功率值變?yōu)?.8mw。調(diào)節(jié)過程中，雙主動(dòng)橋直流變換器和兩個(gè)串聯(lián)諧振型直流變換器的輸入電壓會(huì)隨輸出電壓的變化重新分配，而保持串聯(lián)總直流電壓為高壓直流母線電壓9000v不變。