[发明专利]级联型直流变压器及其控制方法

说明书

本发明属于直流变压器领域，具体涉及了一种级联型直流变压器及其控制方法，旨在解决作为直流变压器功率单元的变换器内部参数存在差异，导致高压侧电容电压发散，进而导致变压器无法正常运行的问题。本发明包括：级联型直流变压器包括N台隔离型DC‑DC功率变换单元以及2N‑1个均压单元；均压单元以级联方式嵌入N台隔离型DC‑DC功率变换单元的2N个高压侧H桥单元之间；N台隔离型DC‑DC功率变换单元的低压侧通过并联方式连接。每台隔离型DC‑DC功率变换单元包括一个高频变压器、三个H桥单元以及对应的母线电容。本发明通过均压单元实现隔离型DC‑DC功率变换单元的电压均衡化，避免高压侧电容电压出现发散现象，保证了级联型直流变压器运行的稳定性。

技术领域

本发明属于直流变压器领域，具体涉及了一种级联型直流变压器及其控制方法。

背景技术

目前，现有配电网均采用交流形式进行电能传输。近年来，如计算机、手机、平板电脑等消费类电子产品、LED、数据中心和电动汽车等直流负荷和光伏、风能和太阳能等分布式可再生能源在配电系统中所占比例越来越重，通过构建直流配电网可以直接实现可再生能源与直流负荷之间的能量交互，从而节省大量电能变换环节，进一步减小成本、降低损耗以及提高电能传输效率。另外，与传统交流配电网相比，直流配电网具有供电容量更大、供电半径更长、电能质量问题不突出，并且不存在无功补偿问题等优势。

直流变压器是未来直流配电网的重要组成部分。与传统交流电力变压器相比，直流变压器一般可通过采用电力电子换流器和高频（相对工频而言）隔离变压器构成，通过控制电力电子换流器和高频变压器可以实现不同直流电压等级之间的能量变换与电气隔离。此外，直流变压器还具备装置自动保护、故障隔离和直流端口能量双向流动等功能。

面向中压10kV等级配电应用的直流变压器，受功率半导体耐压水平限制，一般可由多个功率变换单元构成。为实现高功率密度，可选用三有源桥变换器作为直流变压器功率单元，然而当变换器内部电路参数存有差异时，高压侧电容电压将会出现发散现象，从而导致系统无法正常运行。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即作为直流变压器功率单元的变换器内部参数存在差异，导致高压侧电容电压发散，进而导致变压器无法正常运行的问题，本发明提供了一种级联型直流变压器，该级联型直流变压器包括N台隔离型DC-DC功率变换单元以及2N-1个均压单元；

所述N台隔离型DC-DC功率变换单元中第一隔离型DC-DC功率变换单元的P1端作为所述级联型直流变压器的第一直流端口的正极，第N隔离型DC-DC功率变换单元的N2端作为所述级联型直流变压器的第一直流端口的负极；

所述N台隔离型DC-DC功率变换单元的P3端连接到一起作为所述级联型直流变压器的第二直流端口的正极，N3端连接到一起作为所述级联型直流变压器的第二直流端口的负极；

所述N台隔离型DC-DC功率变换单元中第n隔离型DC-DC功率变换单元的N2端连接至第n+1隔离型DC-DC功率变换单元的P1端；

所述N台隔离型DC-DC功率变换单元的P1端和N1端分别连接至所述2N-1个均压单元中第1,3,5,…,2N-3,2N-1均压单元的C1端和q端；

所述N台隔离型DC-DC功率变换单元中第1,2,…,N-1隔离型DC-DC功率变换单元的P2端和N2端分别连接至所述2N-1个均压单元中第2,4,6,…,2N-4,2N-2均压单元的C1端和q端；

所述2N-1个均压单元中第2N-1均压单元的T2端连接至所述第N隔离型DC-DC功率变换单元的N2端，其余2N-2个均压单元中第n均压单元的T2端连接至第n+1均压单元的q端；

其中，1≤n≤N，代表N台隔离型DC-DC功率变换单元中第n台隔离型DC-DC功率变换单元或2N-1个均压单元中第n个均压单元。