[实用新型]一种具有冗余能力的双极性软开关直流变压器

说明书

本实用新型提供一种具有冗余能力的双极性软开关直流变压器，包括一台或多台开关电容串联谐振变压电路单元，每台开关电容串联谐振变压电路单元包括H桥结构的中压侧电路和低压直流侧电路，其中低压直流侧电路包括两个串联的不控整流桥，引出双极性直流电压。多台开关电容串联谐振变压电路单元在中压侧电路串联，在低压侧电路并联。多台开关电容串联谐振变压电路单元使得直流变压器具备冗余能力；交流环节采用软开关谐振，提高直流变压器效率；采用两个不控整流桥引出双极性直流电压，拓展了直流变压器的应用场景，增强了应用能力。

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及到变压器，特别涉及一种双极性软开关直流变压器。

背景技术

近年来,随着大功率电力电子元器件及其控制技术的发展,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。以美国弗吉尼亚电力电子中心FredC.Lee为首的学者系统地提出了直流变压器的概念。直流变压器在接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。既可以直接将DC/DC变压器通过闭环控制应用在调压和需要隔离的直流应用场合，也可以将DC/DC变压器应用在两个直流系统之间，提高分布式和两级结构的电压调整模块以及航空静止变流器等供电系统的效率和功率密度。

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(IBDC)也有了长足发展。但目前的DC/DC变换器会导致直流电容迅速放电，产生较大的过电流；并且故障清除后，需要对直流电容重新充电，使直流系统的动态恢复过程变慢。在能量传输过程中，当两端直流电压与变压器变比不匹配时存在很大的环流，进而导致很大的电流应力、较低的效率，这也是目前限制DC/DC变换器大规模应用的技术瓶颈。而基于双主动全桥(DAB)的多重化直流变压器方案在进行系统级直流组网时，由于直流母线电压会存在波动，使得各子单元两端直流电压与变压器变比不匹配，降低直流变压器的运行效率。

现有技术方案中的双向直流变压器(如图1所示)，采用双主动全桥(DAB)的拓扑结构，虽然这种双向直流变压器可以通过封锁脉冲从故障处切除，不会产生过电流，直流电容也不会放电，故障消失后系统能够快速恢复，但这种双向直流变压器软开关能力不足，需要使用的器件较多，成本高；同时，这种双向直流变压器无法形成双极性低压直流端，限制了其应用能力。

发明内容

解决现有技术方案的缺陷与不足，本发明提出一种具有冗余能力的双极性软开关直流变压器，通过在低压侧采用两个不控整流桥串联，引出双极性直流电压，增强了应用能力。同时，本发明的直流变压器的交流环节采用软开关谐振方案，提高了系统效率。

本发明的直流变压器的技术方案如下：直流变压器包括N个开关电容串联谐振变换电路单元SCSRC (Switched capacitor series resonant converter)，N为任意正整数。首台开关电容串联谐振变换电路单元SCSRC中压侧通过电感L与中压直流侧的正极相连；第N-1台开关电容串联谐振变换电路单元SCSRC 的中压侧第二连接端子与第N台开关电容串联谐振变换电路单元SCSRC的中压侧第一连接端子相连；第N 台开关电容串联谐振变换电路单元SCSRC的中压侧第二连接端子与中压直流侧的负极相连；N台开关电容串联谐振变换电路单元SCSRC的低压侧均通过两个不控整流桥引出并联的双极性直流电压+VLV、0、－VLV。实现N台开关电容串联谐振变换电路单元SCSRC在中压侧串联，低压侧并联。

每台开关电容串联谐振变换电路单元SCSRC包括5个带反并联二极管的开关管S1～S5、8个二极管M1～ M8、2个高频隔离变压器T1和T2、2个谐振电容Cs1和Cs2、3个直流电容C1、C2和C3。如图2所示，各元件在中压侧连接成H桥结构，在低压侧构成串联的两个不控整流桥，引出双极性直流电压+VLV、0、－VLV。

采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：