[发明专利]一种具有高频交流隔离环节的双向直流固态变压器

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，特别涉及一种具有高频交流隔离环节的双向直流固态变压器。

背景技术

由于具有模块化程度高、效率高、功率密度高、噪音低、智能化程度高等大量优点，目前已经有较多研究关注采用电力电子变压器（也称为固态变压器SST）取代传统交流配电变压器，尤其是随着智能电网中分布式电能、储能等的快速发展，SST作为各种分布式单元的集成系统、并实现电压、潮流等灵活控制的解决方案越来越受到重视。

而目前，基于电压源变流器(Voltage Source Converter,VSC)的直流输电(VSC-HVDC)可以独立、快速控制所传输的有功功率和无功功率，因此极大地增强了输电的灵活性，使其成为最近发展起来的最有潜质的电力传输方式，特别适用于风力发电场与主网之间的稳定联结、向孤立的远方小负荷区供电等应用。近年来柔性直流输电技术在国内外都已得到了普遍的重视，柔性直流输电工程也日益增多。在配电网络方面，随着城市的发展和用电负荷的快速增加，对配电网络输送容量的要求也日益增加，需要在有限的配电网走廊上输送更大的容量。在用电密集的城市电网中采用柔性直流技术，将可以占用更少的输电走廊，并可利用它的快速可控性等特点，解决城市供电中存在的供电困难、成本高以及潮流难以控制等问题，维持城市电网的安全可靠经济运行。通过直流配网的方式，还可以减少储能系统和新能源发电系统接入电网的中间环节，降低接入成本、提高功率转换效率和电能质量。

相对于输电网络，柔性直流技术应用于配电网时将面临更为复杂的技术问题。由于需要应对各种不同直流电压等级的负荷、储能系统和分布式发电的接入，直流配网中的直流电压变换将不可避免。但是直流配网中难以像交流变压器那样通过磁耦合的方式实现电压变换，因此必须基于电力电子技术通过DC/DC变换器实现直流电压的变换和功率的双向传递，主要方式是通过电力电子变流器实现高频变换，并通过高频变压器实现电压的变换和电气隔离。

在低压小容量领域，DC/DC变换器已经得到比较广泛的应用，对于高频隔离型DC/DC变换器也有较多的文献进行探讨。但是，由于电力电子半导体器件发展程度的限制，中高压大容量等级的高频隔离DC/DC变换器很少有文献涉及。特别的，由于柔性直流配网的概念得到重视的时间很短，目前整个国际上对固态变压器的研究基本上都停留在交流固态变压器上，对直流固态变压器的研究涉及较少。专利《基于全桥拓扑结构输入串联输出并联自动均压直流变压器》提出了一种应用在高压输入、低压输出隔离型直流变压器，但是由于输出端采用不控整流桥，使得该直流变压器不具有双向功率传输能力。而是随着柔性直流配电的发展，不仅需要直流固态变压器能够将直流配电网的功率传入负载，还需要将分布式电源发出的功率回送给直流配电网，这就要求直流固态变压器具有双向功率传输能力。

发明内容

本发明的目的是为解决上述的技术问题，提出一种具有高频交流隔离环节的双向直流固态变压器，不仅实现高低压直流环节的电压匹配，并且实现功率的双向流动和电气隔离。

本发明采取的技术方案如下：

一种具有高频交流隔离环节的双向直流固态变压器，其特征在于，该双向直流固态变压器主要由n个相同的直流变换器单元组成，该n个直流变换器单元的低压端口并联在一起，该n个直流变换器单元的高压端口依次串联；n为大于等于2的正整数；每个直流变流器单元包括：二个全桥变换器（H₁、H₂）、一个辅助电感（L）、一个隔离变压器（T）及二个直流滤波电容（C₁、C₂），直流滤波电容（C₁、C₂）分别与全桥变换器（H₁、H₂）的直流端并联，隔离变压器的原边和副边分别与全桥变换器（H₁、H₂）的交流端并联，辅助电感（L）连接在全桥变换器H₁的交流端和隔离变压器之间。

所述的一种具有高频交流隔离环节的双向直流固态变压器，其特征在于，所述的全桥变换器（H₁、H₂）为单相全桥变换器或三相全桥变换器；

所述的一种具有高频交流隔离环节的双向直流固态变压器，其特征在于，所述的辅助电感和隔离变压器均为高频磁性元件，频率大于等于10kHz；

所述的一种具有高频交流隔离环节的双向直流固态变压器，其特征在于，所述的辅助电感即可以为独立的元件，也可以为隔离变压器的漏感；