[发明专利]二极管钳位功率开关串联高压直流变压器

说明书

本发明公开的二极管钳位功率开关串联高压直流变压器，可应用于直流输电等高压大功率场合的直接直流电能电压等级变换，属于电力电子应用技术领域。本发明公开一种单向二极管钳位功率开关串联高压直流变压器，包括的拓扑结构用于使拓扑结构所包含的电容之间的电压均衡和使功率开关之间的电压均衡，同时所述的拓扑结构分别与辅助电路结合使用可实现限制拓扑结构所包含的功率开关两端电压。为实现直流变压器直流电压的双向变压，本发明还公开一种双向二极管钳位功率开关串联高压直流变压器，本发明要解决的技术问题是提供可实现串联功率开关的两端电压均衡，并限制功率开关两端电压，满足高压大功率应用的二极管钳位功率开关串联高压直流变压器。

技术领域

本发明涉及二极管钳位功率开关串联高压直流变压器，尤其涉及用于直流变换的二极管钳位功率开关串联高压直流变压器，可应用于直流输电等高压大功率场合的直接直流电能电压等级变换，属于电力电子应用技术领域。

背景技术

与交流输电相比，高压直流输电具有输送功率容量大、损耗小、输送距离远、稳定性好等特点，其有广阔的应用前景。目前在高压直流输电系统中整流侧和逆变侧，仍然要体积大、质量大的工频变压器来实现和交流电网相连。直流输电仍然作为交流输电一种辅助功能，没有直接用于用电设备。随着直流输电技术和新能源发电技术的发展，直流输配电将会和交流网络同时运行，为了适应将来将直流网络直接应用于用电设备，尤其对大规模非并网风力发电等独立电力系统，原方案就显得笨重而不经济。需要具有和交流变压器功能类似的直流变压装置，将高压直流电转换成隔离的满足用电设备要求的不同电压等级的直流电能。

通过电力电子变换技术实现电压变换和能量传递的新型变压器—电力电子变压器(PET)得到了越来越多的关注，直流变压器就是其中的一种。直流变压器在接近100％的等效占空比下工作，输出省去了滤波电感，结构简单；采用开环控制，易于实现软开关，可进一步提高开关频率，提高功率密度。

由于直流输电等场合的电压等级较高，容量比较大，直流变压器的电压等级在不断提高、功率也不断增大，且对所使用的功率开关的耐压等级和功率等级的要求也越来越高。功率开关串联直流变压器是实现高压大功率直流变压器的一个重要方法，而功率开关串联直流变压器的关键，是保证电路中的功率开关两端电压U_CE的均衡，防止功率开关因出现过压而损坏。电压均衡主要包括静态均压和动态均压两个部分。静态均压，指各功率开关两端电压U_CE在功率开关开通稳态和关断稳态下保持平衡；动态均压，指各功率开关两端电压U_CE在功率开关开通和关断瞬间保持电压平衡。串联功率开关的均压取决于很多因素，比如主电路杂散电容、门极驱动的寄生电容、功率开关寄生参数和门极驱动控制信号等。当所使用的功率开关的生产厂家相同时，其他参数基本相同，此时门极驱动信号不同步成为影响最大的因素。门极驱动信号不同步会导致开通过程中滞后的器件上产生电压尖峰和较高的静态电压，导致各功率开关电压不均衡。门极驱动信号不同步程度，取决于控制电路和控制电路与门极驱动之间的传输线路，因此其不同步程度很难提前预料。门极驱动信号不同步一般为几十纳秒至几百纳秒。而串联功率开关直流变压器要保证即使串联的各个功率开关门极驱动信号之间存在不同步也能正常运行。

因此，针对这一要求，设计能自均压的高压串联功率开关直流变压器，电路结构简洁，控制策略简单，功率开关的均压效果好，是实现高压大功率直流变压器的可行途径。

发明内容

本发明公开的二极管钳位功率开关串联高压直流变压器，可分为一种单向二极管钳位功率开关串联高压直流变压器和一种双向二极管钳位功率开关串联高压直流变压器，要解决的技术问题是提供可实现串联功率开关的两端电压均衡，并限制功率开关两端电压，满足高压大功率应用的二极管钳位功率开关串联高压直流变压器。

所述的一种双向二极管钳位功率开关串联高压直流变压器还可解决的技术问题是实现直流电压的双向变压。