[发明专利]适用于多个直流单元中压直流并网接口的电力电子变压器

说明书

本发明公开适用于多个直流单元中压直流并网接口的电力电子变压器，属于发电、变电或配电的技术领域。该电力电子变压器包括N个子模块变换器、N‑1个LC谐振型功率支路、1个多绕组耦合变压器、1个并网电抗器。本发明在不需要提供额外的直流变换器的情况下就可以将直流单元连接到中高压直流母线上。该变换器副边开关管50%占空比互补导通，通过控制子模块移相角实现光伏MPPT、储能设备以及直流负载的供能，控制简单；当直流机组功率差异引起中压直流母线侧电压不平衡时，LC谐振功率支路和多绕组耦合变压器组成的隔离型谐振双有源半桥变换器用于平衡各模块之间的电压，并转移它们的差动功率，从而避免器件过压损坏，保证直流机组的有效运行，提高可靠性。

技术领域

本发明涉及光伏、储能设备和直流负载多端口电力电子变换器技术，特别涉及具有子模块输出电压自均衡能力的“输入独立、输出串联”（Input Independent OutputSeries，IIOS）型变换器，具体公开适用于多个直流单元中压直流并网接口的电力电子变压器，属于发电、变电或配电的技术领域。

背景技术

伴随着光伏式发电技术的迅速发展，通过光伏太阳能的中压直流电网接口接入直流设备正成为主流技术。直流配电网结构一般由低压直流母线和中压直流母线组成。如果要将光伏阵列、储能设备或直流负载等直流单元同时连接到低压直流母线，则需要额外的低压直流变换器，额外的变换器会造成额外的功率损耗，增加系统成本。为了解决上述问题，将输入侧为低压、输出侧为中压直流母线的“输入独立、输出串联”型变换器用于大功率容量、大空间范围、多个分布式电源和直流负载汇集到中压母线等场合，但该类变换器受制于其固有的物理特性，存在输出功率不均衡引起输出电压形成偏差的问题，这限制了该类变换器的进一步应用。针对此类问题，目前在拓扑结构层面的解决办法主要包括：（1）在拓扑中增加额外开关网络进行功率传输；（2）构建包括Buck-Boost型电路、串联LC支路的拓扑，但这类拓扑往往存在控制策略复杂、器件过多、调节时间长等问题。在控制层面的解决方案为均压控制方法，现有均压控制方法通过设计控制器计算移相角，并结合闭环拓扑调节变换器控制信号实现均压，需要设计额外的控制器且控制复杂度高，故需对现有均压控制方法进行优化。

综上，本发明旨在提出适用于多个直流单元中压直流并网接口的电力电子变压器以克服上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中涉及到的缺陷，提供适用于多个直流单元中压直流并网接口的电力电子变压器，实现无需额外变换器或低压直流母线即可将直流单元连接到中高压直流母线的发明目的，解决IIOS型变换器控制策略复杂、器件过多、调节时间长的技术问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

适用于多个直流单元中压直流并网接口的电力电子变压器，包括：N个子模块、N-1个LC谐振型功率支路、1个多绕组耦合变压器、1个并网电抗器；其中，第1个子模块为接入低压直流母线的子模块，其余N-1个子模块为接入光伏阵列、储能设备或直流负载的子模块，N为大于等于2的自然数，第1个子模块输出侧直流母线正极性端通过并网电抗器接入中压直流母线正极，第s+1个子模块输出侧直流母线正极性端连接第s个子模块输出侧直流母线负极性端，第s+2个子模块输出侧直流母线正极性端连接第s+1个子模块输出侧直流母线负极性端，多绕组耦合变压器原边绕组的一端连接第1个子模块副边整流电路第一桥臂中点，多绕组耦合变压器原边绕组的一端连接第1个子模块副边整流电路第二桥臂中点，第k个LC谐振型功率支路的一端连接第s+1个子模块副边整流电路第一桥臂中点，第k个LC谐振型功率支路的另一端连接多绕组变压器第k个副边线圈的一端，多绕组变压器第k个副边线圈的另一端连接第s+1个子模块副边整流电路第二桥臂中点，第N个子模块输出侧直流母线负极性端连接中压直流母线负极，多绕组耦合变压器原边绕组连接第1个子模块副边整流电路第二桥臂中点的一端与多绕组耦合变压器第k个副边绕组连接第s+1个子模块副边整流电路第二桥臂中点的一端互为同名端，1≤s≤N-2，1≤k≤N-1。