一种新型三端口隔离型双极直流变换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种新型三端口隔离型双极直流变换器，包括分别接入中频变压器的三相绕组的变换器单元电路；变换器单元电路包括全桥逆变电路、稳压电容和电抗器；全桥逆变电路中同向连接的电力电子器件的连接点分别与变压器绕组的两端连接；全桥逆变电路中反向连接的电力电子器件的连接点依次通过电抗器和稳压电容与同一个同向连接的电力电子器件的连接点相连，所述连接点接地。与现有技术相比，本实用新型提供的一种新型三端口隔离型双极直流变换器，结构简单，能够平衡双极直流系统电压，具备单极运行能力。
【专利说明】 一种新型三端口隔离型双极直流变换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直流变换器，具体涉及一种新型三端口隔离型双极直流变换器。
【背景技术】
[0002]直流供电系统中的直流配电将整流输出的直流和蓄电池组输出的直流汇接成不间断的直流输出母线后，再分接为各种容量的负载供电支路，传入相应熔断器或负荷开关后向负载供电。
[0003]与传统的交流配电网比，直流配电网具有以下优点:
[0004]①:电能变换中的交流环节减小了，减少系统元件数的同时，也降低了变流器损耗；不存在涡流损耗和无功功率，降低线路损耗；
[0005]②:便于分布式电源与负载连接；
[0006]③:提高电能质量与供电可靠性；
[0007]④:提供更为经济的照明选择。
[0008]现有直流配电网包括两线制、三线制(双极)和五线制；其中由于双极系统具备单极运行能力，降低线路耐压，便于负载接入电压选择等优点而受到广泛关注。将多个双极直流系统互联将有助于降低系统中总储能装置容量、提高供电可靠性；因此需要提供一种具有多端的双极直流变换器。
【发明内容】
[0009]为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种新型三端口隔离型双极直流变换器，所述变换器包括分别接入中频变压器三相绕组的变换器单元电路；
[0010]所述变换器单元电路包括全桥逆变电路、稳压电容和电抗器；所述全桥逆变电路中同向连接的电力电子器件的连接点分别与变压器绕组的两端连接；所述全桥逆变电路中反向连接的电力电子器件的连接点依次通过电抗器和稳压电容与同一个同向连接的电力电子器件的连接点相连，所述连接点接地。
[0011]优选的，所述全桥逆变电路中反向连接的电力电子器件的连接点通过电容相连；所述电容用于双极直流系统之间的容量汇集和交换；
[0012]优选的，所述电抗器、稳压电容和所述全桥逆变电路中连接点接地的相邻电力电子器件构成电压均衡电路，用于均衡所述变换器的输出电压；
[0013]优选的，所述全桥逆变电路中反向连接的电力电子器件的导通占空比相同；
[0014]优选的，所述全桥逆变电路中同向连接的电力电子器件的载波相位相同；反向连接的电力电子器件的载波相位相差180°。
[0015]与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是:
[0016]1、本发明技术方案中，不需设置额外电压平衡器，通过电压均衡电路保证双极直流系统的电压均衡，使得电路结构更加简单；
[0017]2、本发明提供了一种新型三端口隔离型双极直流变换器，能够保证变换器的输入端与输出端的电流连续，适用于较大功率的场合，且能够实现双极直流系统单极运行；
[0018]3、本发明所提出的三端口隔离型双极直流变换器通过实现开关元件、直流电容的共用，有效减小了电路中元件总数，提高了电路功率密度。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0020]图1是:双向隔离三端变换器结构图；
[0021]图2是:本发明实施例中新型三端口隔离型双极直流变换器的单元电路图；
[0022]图3是:图2所示单元电路的特征波形图；
[0023]图4是:本发明实施例中新型三端口隔离型双极直流变换器结构图；
[0024]图5是:本发明实施例中变压器绕组星型连接时直流变换器等效电路图；
[0025]图6是:本发明实施例中直流变换器等效为变压器绕组角型连接时电路图。
【具体实施方式】
[0026]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0027]图1示出了一种双向隔离三端变换器结构图，适用于单极直流系统，因此为实现三端双极直流系统，需要将两个如图1所示的变换器进行镜像拼接组成；同时需要通过设置电压平衡器使得双极直流系统之间进行功率交互，这样会致使:
[0028]①:变换器中所述电子器件的数量均会大量增加:
[0029]②:每个双极系统单独设置一个电压均衡器，这时电压均衡器容量将按照单极侧容量设计。而大多数情况下，电压均衡器将工作在轻载工况；
[0030]③:将多个电压均衡器分别靠近负载点与电源点放置，则会使得直流配电网控制与结构更为复杂；而为实现多个双极系统之间互联，变换器结构将更为复杂。
[0031]如4示出了本发明提供的一种采用如图2所示的单元电路的直流变换器，克服了上述现有技术中的技术问题；
[0032]三个变换器单元电分别接入中频变压器I；的对应三个绕组；
[0033]其中，①:Ngl、Ng2和Ng3分别为变压器绕组的匝数；
[0034]②:Zgridl p、Zgrid2 p和ZgHd3 p均为变换器所接外部电路正极端的等效阻抗；
[0035]Zgridl N, Zgrid2 N和Zgrid3 N均为变换器所接外部电路负极端的等效阻抗；
[0036]Ugridlj, Ugrid2 p和Ugrid3 p均为变换器所接外部电路正极端的等效电压源；
[0037]Ugridl N, Ugrid2 N和UgrM3—N均为变换器所接外部电路负极端的等效电压源；
[0038]③:Lgridl p、Lgrid2 p和LgHd3 p均为与双极直流系统正极端侧连接的电抗器；
[0039]Lgridlj,, Lgrid2j和L-d3 N均为与双极直流系统负极端侧连接的电抗器。
[0040]如图2所示，变换器单元电路包括全桥逆变电路、电抗器L2 P和L2 N、稳压电容C2 P和 N、电各 Ccouple ；
[0041]①:全桥逆变电路包括电力电子器件Sp S2、S3和S4 ；
[0042]②:电容Crauple连接于电力电子器件S1和S2的连接点与电力电子器件S3和S4的连接点之间，用于双极直流系统之间的容量汇集和交换；
[0043]③:电抗器L2—N和稳压电容C2—N依次连接于电力电子器件S4的两端；电抗器L2—p和稳压电容C2 P依次连接于电力电子器件S3的两端；
[0044]④:电力电子器件S1和S2的连接点接入变压器绕组的一端，电力电子器件S3和S4的连接点接入变压器绕组的另一端；电力电子器件S3和S4的连接点接地；
[0045]⑤:电力电子器件S3和S4、电抗器L2—p和L2—N、电容C_ple;构成电压均衡电路,用于均衡变换器的输出电压。
[0046]图3示出了单元电路的特征波形图，本实施例中电力电子器件S1和S3的导通占空比相同，电力电子器件S2和S4的导通占空比相同；电力电子器件S1和S2的载波相位相同，电力电子器件S3和S4的载波相位相同，二者相差180° ；
[0047]将单元电路以脉动电源替代，忽略变压器励磁电感，并将变压器漏感折算到一次侦牝能够分别得到变压器绕组星型和角型连接时直流变换器等效电路图，如图5和6所示；
[0048]其中，U’ g2和U’ g3分别为图4所示二、三绕组的电压折算到一次侧绕组对应的电压值，Ugl为一次侧绕组的电压值，L’ g2和L’ g3分别为示变压器二、三绕组的电感折算到一次侧绕组对应的电感值；
[0049]通过调整Ugl、U’ g2和U’ g3两两之间相角差可以调节系统有功功率流向；如假设Ugl超前u’g2电角度α，忽略基波以外高次电压谐波的影响，由端口 I向端口 2传输有功功率P近似为:
U i ^U1,.sina
[0050]P =』^-
n'Ln
[0051]其中，w为基波频率；通过调节α值可以调节端口 1、2之间功率传输。同理对于其它端口，上述原理同样适用。
[0052]最后应当说明的是:所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
【权利要求】
1.一种新型三端口隔离型双极直流变换器，其特征在于，所述变换器包括分别接入中频变压器三相绕组的变换器单元电路； 所述变换器单元电路包括全桥逆变电路、稳压电容和电抗器；所述全桥逆变电路中同向连接的电力电子器件的连接点分别与变压器绕组的两端连接；所述全桥逆变电路中反向连接的电力电子器件的连接点依次通过电抗器和稳压电容与同一个同向连接的电力电子器件的连接点相连，所述连接点接地； 所述全桥逆变电路中反向连接的电力电子器件的连接点通过电容相连；所述电容用于双极直流系统之间的容量汇集和交换。
2.如权利要求1所述的一种新型三端口隔离型双极直流变换器，其特征在于，所述电抗器、稳压电容和所述全桥逆变电路中连接点接地的相邻电力电子器件构成电压均衡电路，用于均衡所述变换器的输出电压。
3.如权利要求1所述的一种新型三端口隔离型双极直流变换器，其特征在于，所述全桥逆变电路中反向连接的电力电子器件的导通占空比相同。
4.如权利要求1所述的一种新型三端口隔离型双极直流变换器，其特征在于，所述全桥逆变电路中同向连接的电力电子器件的载波相位相同；反向连接的电力电子器件的载波相位相差180°。
【文档编号】H02M3/335GK204068710SQ201420465610
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】姚良忠, 丁杰, 杨波, 许晓慧, 曹远志, 王志冰, 蔡旭, 朱淼, 张建文, 马建军, 卢俊峰, 李琰, 陶以彬, 李官军, 崔红芬, 王德顺, 周晨, 刘欢, 鄢盛驰, 孙蔚, 胡金杭, 冯鑫振, 吴婧, 朱红保, 李跃龙 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 上海交通大学, 江苏省电力公司