非隔離型直流變壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高壓傳輸和變壓器領(lǐng)域，具體地，設(shè)及一種非隔離型直流變壓器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著傳統(tǒng)能源的短缺和環(huán)境惡化問題的加劇，風(fēng)能、太陽能等可再生清潔能源的 利用與開發(fā)得到了越來越多的重視。風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電具有間歇性，隨機(jī)性的特 點(diǎn)，傳統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行技術(shù)無法適應(yīng)大規(guī)模可再生能源接入，而基于常規(guī)直流及柔性 直流的多端直流輸電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)技術(shù)是解決運(yùn)一問題的有效手段。由于直流電網(wǎng)尚無 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的直流線路大都運(yùn)行在不同的電壓等級，為了將不同電壓等級的直流電路 互聯(lián)形成直流電網(wǎng)，需要應(yīng)用直流變壓器(通常又稱為DC-DC變換器）?；陔妷涸葱蛽Q流器 (Voltage Source Converter,VSC)的高壓直流巧igh Voltage DC Current,HVDC)輸電系 統(tǒng)的電壓等級通常低于基于相控變流器化ine Commutated Converter ,LCC)的高壓直流輸 電系統(tǒng)，為了將VSC-HVDC和LCC-HVDC互聯(lián)W形成多端直流系統(tǒng)，需要應(yīng)用直流變壓器。此 夕h在直流微網(wǎng)W及直流配電網(wǎng)中，直流變壓器同樣是不可缺少的部件。因此，高壓大容量 直流變壓器的研制是非常必要的。
[0003] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)一步檢索，目前存在W下的=種方案：
[0004] 1)基于模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter,MMC)的隔離型DC-DC變換器拓?fù)?，該變換器本質(zhì)上是一個(gè)DC-AC-DC變換器，它先通過一個(gè)MMC將直流電壓逆變 得到交流電壓，該交流電壓經(jīng)過變壓器變壓后再通過另一個(gè)MMC整流得到直流電壓。交流環(huán) 節(jié)的變壓器用于實(shí)現(xiàn)電壓匹配和電氣隔離。由于交流環(huán)節(jié)需要交流變壓器，且需要兩級功 率變換，因此該直流變壓器的體積和損耗均較大，成本也很高，在不需要隔離的應(yīng)用場合并 不適用。
[0005] 2)直流自禪變壓器拓?fù)?，該拓?fù)渲挥胁糠只ヂ?lián)功率需要經(jīng)過交流變壓器，因此可 減小交流變壓器的容量。但它同樣需要交流變壓器，且在變壓比較大時(shí)，交流變壓器容量與 變換器總?cè)萘肯嘟?br>[0006] 3)基于MMC的非隔離型直流變壓器拓?fù)?，該直流變壓器中鏈?zhǔn)侥K輸出電壓包含 直流分量和交流分量，它通過交直流功率守恒來實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓平衡，其中交流分量 按正弦波調(diào)制。與隔離型DC-AC-DC變換器相比，它不需要交流變壓器，且不需要兩級變換， 因此成本更低。但為了實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓平衡，該直流變壓器中存在較大的交流環(huán)流，需 要選取較大額定電流的開關(guān)管，且損耗較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種非隔離型直流變壓器。
[000引根據(jù)本發(fā)明提供的非隔離型直流變壓器，包括:兩個(gè)不同電壓等級的直流電壓源、 上橋臂、下橋臂，所述上橋臂通過下橋臂與較高電壓等級的直流電壓源兩端相連;較低電壓 等級的直流電壓源通過濾波電感連接至下橋臂的兩端。
[0009] 優(yōu)選地，所述上橋臂由橋臂電感和若干個(gè)半橋型子模塊串聯(lián)構(gòu)成，所述下橋臂由 若干個(gè)半橋型子模塊串聯(lián)構(gòu)成。
[0010] 優(yōu)選地，所述上橋臂和下橋臂均包括n個(gè)半橋型子模塊，且n為大于零的自然數(shù);將 上橋臂的n個(gè)半橋型子模塊記為第一鏈?zhǔn)侥K，下橋臂的n個(gè)半橋型子模塊記為第二鏈?zhǔn)侥?塊，所述第一鏈?zhǔn)侥K的一端通過橋臂電感連接至較高電壓等級的直流電壓源的正極，所 述第一鏈?zhǔn)侥K的另一端分別連接至第二鏈?zhǔn)侥K的一端、濾波電感的一端;所述第二鏈 式模塊的另一端連接至較高電壓等級的直流電壓源的負(fù)極和較低電壓等級的直流電壓源 的負(fù)極，所述濾波電感的另一端連接至較低電壓等級的直流電壓源的正極。
[001。 優(yōu)選地，所述n個(gè)半橋型子模塊中的任一個(gè)半橋型子模塊包括：電容Cs"、第一功率 開關(guān)管、第二功率開關(guān)管，電容Csm的正極連接第一功率開關(guān)管的集電極，所述第一功率開關(guān) 管的發(fā)射極連接第二功率開關(guān)管的集電極并構(gòu)成該半橋型子模塊的第一端口，所述第二功 率開關(guān)管的發(fā)射極連接至Csm的負(fù)極并構(gòu)成該半橋型子模塊的第二端口。
[0012] 優(yōu)選地，所述第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管的類型為:含反并二極管的絕緣柵 雙極型晶體管。
[0013] 優(yōu)選地，包括四種工作模態(tài)，具體地如下：
[0014] 模態(tài)1:即t在區(qū)間（0，dsT)時(shí)，山表示移相占空比，T表示該直流變壓器的開關(guān)周期；
[0015] 該模態(tài)下，第一鏈?zhǔn)侥K和第二鏈?zhǔn)侥K均工作于低電平狀態(tài)，此時(shí)橋臂電感和 濾波電感兩端的電壓值ULa和ULf分別為：
[0016] ULa(t) =Udcl-(ucil+UC12) =Udcl (I)
[0017] 化f(t)=UC12-Udc2 = -Udc2 (2)
[001引式中：Udcl表示較高電壓等級的直流電壓源的電壓值，Udc2表示較低電壓等級的直 流電壓源的電壓值，Ucll、Ucl2分別表示第一鏈?zhǔn)侥K、第二鏈?zhǔn)侥K兩端的電壓值，Ula(t)、 Ulf(t)分別表示橋臂電感、濾波電感兩端的電壓隨時(shí)間t的變化值，il線性上升，i3線性下 降，即：
(3) 、4)
[0021]式中：il表示通過第一鏈?zhǔn)侥K的電流，i3表示通過濾波電感Lf的電流，ii(t)表示 il隨時(shí)間t的變化值，i3(t)表示i3隨時(shí)間t的變化值，Il(O)表示il在零時(shí)刻的瞬時(shí)電流值，12 (0)表示i2在零時(shí)刻的瞬時(shí)電流值，La表示橋臂電感的電感值，Lf表示濾波電感的電感值； [0022 ]模態(tài)2: t在區(qū)間(山T，dT)時(shí)，d表示第二鏈?zhǔn)侥K輸出PWM波形的占空比；
[0023] 該模態(tài)下，第一鏈?zhǔn)侥K工作于低電平狀態(tài)，第二鏈?zhǔn)侥K工作于高電平狀態(tài)，此 時(shí)橋臂電感、濾波電兩端的電壓分別為：
[0024] ULa(t)=0 巧）
[002引 ULf(t)=UdcrUdc2 (6)
[0026] 則，il保持不變，i3線性上升，即：
[0027] ii(t) = Ii(dsT) (7) (8)
[0029] 模態(tài)3:t在區(qū)間（dT，（d+山)T)時(shí)
[0030] 該模態(tài)下，第一鏈?zhǔn)侥K和第二鏈?zhǔn)侥K均工作于高電平狀態(tài)，此時(shí)橋臂電感和 濾波電感兩端的電壓分別為：
[003^1] ULa(t)=-UdGl (9)
[0032] ULf(t)=Udci-Udc2 (10)
[00削則，ii線性下降，i3線性上升，即：
(!1) 牌
[0036] 模態(tài)4:t在區(qū)間（（d+山)T，T)時(shí)
[0037] 該模態(tài)下，第一鏈?zhǔn)侥K工作于高電平狀態(tài)，第二鏈?zhǔn)侥K工作于低電平狀態(tài)，此 時(shí)橋臂電感和濾波電感兩端的電壓分別為：
[003引 ULa(t)=0 (13)
[0039] 化 f(t)=-Udc2 (14)
[0040] 則，ii保持不變，i3線性下降，即：
[0041 ] ii(t) = Ii[(d+ds)T] (15)
(1巧
[0043] 用i3減去ii即得到交流輸出的波形。
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0045] 1、本發(fā)明提供的非隔離型直流變壓器的子模塊電容容值大大減小，因此減小了子 模塊的成本和體積，且無需兩級變換，電路結(jié)構(gòu)更簡單。
[0046] 2、本發(fā)明提供的非隔離型直流變壓器開關(guān)頻率小、損耗低;且交流環(huán)流更小，導(dǎo)通 損耗低，從而具備更高的效率。
【附圖說明】
[0047] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：
[004引圖1為本發(fā)明提供的非隔離型直流變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0049] 圖2為本發(fā)明提供的非隔離型直流變壓器的電壓和電流波形圖；
[0050] 圖3為本發(fā)明提供的非隔離型直流變壓器的移相控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。W下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)。運(yùn)些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0化2] 具體地，如圖1所示，直流變壓