CN105743386A - 一种高压直流/低压交流固态变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压直流/低压交流固态变压器，由n个AC/DC固态变压器单元构成，n为大于等于2的正整数，所述n个AC/DC固态变压器单元的AC侧并联、DC侧串联，本发明可以实现高压直流电能到低压交流电能的双向传输、电气隔离、功率控制、通讯保护，同时采用模块化串并联设计，便于扩展，能够满足高电压、大容量电能变换的需求。

Description

一种高压直流/低压交流固态变压器
技术领域
本发明涉及一种高压直流/低压交流固态变压器，主要应用于电力技术领域。
背景技术
与常规电力变压器相比，固态变压器体积小、重量轻，无环境污染；能保持二次侧或用户侧端电压幅值恒定，不随负载变化；能保证一次侧电流、二次侧电压为正弦波形，一次侧功率因数可调；固态变压器具有高度可控性，兼有断路器功能，无需常规继电保护装置，含有智能控制单元，能完成自检测、自诊断、自保护、自恢复等功能。此外，固态变压器方便与分布式发电技术、储能技术等配合，在智能电网等领域具有巨大的前景和发展空间。
目前固态变压器的拓扑类型多是交流固态变压器，少有直流拓扑，高压大容量的直流固态变压器更是少有人研究，而随着直流输电技术的发展和成熟，国内外的输配电网络越来越多的出现直流高压电网，直流电网将成为未来智能电网的新趋势，因此，亟待提出一种适用于高压直流输配电的固态变压器。
发明内容
本发明提出了一种高压直流/低压交流固态变压器，实现了低压交流电能到高压直流电能的双向传输、电气隔离、智能通讯和波形控制等功能，本发明采用模块化串并联设计，功率等级和电压等级可以方便扩展，满足各种高电压、大容量的发电、配电、输电要求。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案是：一种高压直流/低压交流固态变压器，由n个AC/DC固态变压器单元构成，n为大于等于2的正整数，所述n个AC/DC固态变压器单元的AC侧并联、DC侧串联。
进一步的，所述AC/DC固态变压器单元包括低压侧AC/DC变换器、低压侧DC/AC变换器、高频隔离变压器和高压侧AC/DC变换器；所述低压侧AC/DC变换器的AC侧作为AC/DC固态变压器单元的AC端接口，所述低压侧AC/DC变换器的DC侧与低压侧DC/AC变换器的DC侧相连，所述低压侧DC/AC变换器的AC侧与高频变压器的输入端相连，所述高频变压器的输出端与高压侧AC/DC变换器的AC端相连，高压侧AC/DC变换器的DC端作为AC/DC固态变压器单元的DC端接口。
进一步的，当高压直流/低压交流固态变压器的低压交流侧为单相接口时，所述低压侧AC/DC变换器采用单相全桥拓扑，当高压直流/低压交流固态变压器的低压交流侧为三相接口时，所述低压侧AC/DC变换器采用三相全桥拓扑。
进一步的，所述低压侧AC/DC变换器采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含交流滤波电感和直流滤波电容。
进一步的，所述低压侧DC/AC变换器采用单相全桥拓扑，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管。
进一步的，所述高频变压器采用高压隔离变压器，原副边隔离电压取决于高压直流/低压交流固态变压器的高压端电压。
进一步的，所述高压侧AC/DC变换器采用单相全桥拓扑，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管。
进一步的，所述低压侧AC/DC变换器的AC侧包含滤波电感，所述滤波电感与AC/DC固态变压器单元的AC端接口直接相连。
进一步的，所述AC/DC固态变压器单元采用模块化设计。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1)本发明实现了低压交流电能到高压直流电能的双向传输、电气隔离、波形控制等功能；
2)本发明采用模块化串并联设计，功率等级和电压等级可以方便扩展，满足各种高电压、大容量的发电、配电、输电要求；
3)本发明可以提供单相交流或三相交流的低压交流接口；
本发明的AC/DC固态变压器单元采用模块化设计，便于扩展。
附图说明
图1为所述高压直流/低压交流固态变压器的示意图。
图2为所述单相的低压侧AC/DC变换器的示意图。
图3为所述三相的低压侧AC/DC变换器的示意图。
图4为所述低压侧DC/AC变换器的示意图。
图5为所述高压侧AC/DC变换器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明由n个AC/DC固态变压器单元1构成，n为大于等于2的正整数，所述的n个AC/DC固态变压器单元1的AC侧并联，作为整个高压直流/低压交流固态变压器的低压交流接口，可以连接低压交流发电设备、负载设备、电网等；所述的n个AC/DC固态变压器单元1的DC侧串联，作为整个高压直流/低压交流固态变压器的高压直流接口，可以连接高压直流电网或其他高压直流设备。
如图1所示，所述的AC/DC固态变压器单元1包括低压侧AC/DC变换器11、低压侧DC/AC变换器12、高频隔离变压器13和高压侧AC/DC变换器14，所述的低压侧AC/DC变换器11的AC侧作为AC/DC固态变压器单元1的AC端接口，所述的低压侧AC/DC变换器11的DC侧与所述的低压侧DC/AC变换器12的DC侧相连，所述的低压侧DC/AC变换器12的AC侧与所述的高频变压器13的输入端相连，所述的高频变压器13的输出端与所述的高压侧AC/DC变换器14的AC端相连，所述的高压侧AC/DC变换器14的DC端作为AC/DC固态变压器单元1的DC端接口。
如图2所示，当高压直流/低压交流固态变压器的低压交流侧为单相接口时，所述低压侧AC/DC变换器11采用单相全桥拓扑，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含交流滤波电感和直流滤波电容，AC/DC变换器11通过滤波电感与低压交流接口连接，通过滤波电容与低压侧DC/AC变换器12连接。
如图3所示，当高压直流/低压交流固态变压器的低压交流侧为三相接口时，所述低压侧AC/DC变换器11采用三相全桥拓扑，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含交流滤波电感和直流滤波电容，AC/DC变换器11通过滤波电感与低压交流接口连接，通过滤波电容与低压侧DC/AC变换器12连接。
如图2和图3所示，所述低压侧AC/DC变换器11的AC侧包含滤波电感，所述滤波电感与AC/DC固态变压器单元1的AC端接口直接相连。
如图4所示，所述的低压侧DC/AC变换器12采用单相全桥拓扑，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管。
如图5所示，所述的高压侧AC/DC变换器14采用单相全桥拓扑，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管。
本发明的高频变压器采用高压隔离变压器，原副边隔离电压取决于所述的高压直流/低压交流固态变压器的高压端电压。
本发明实现了低压交流电能到高压直流电能的双向传输、电气隔离、波形控制等功能；型采用模块化串并联设计，功率等级和电压等级可以方便扩展，满足各种高电压、大容量的发电、配电、输电要求；提供单相交流或三相交流的低压交流接口。

Claims (9)

1.一种高压直流/低压交流固态变压器，其特征在于：由n个AC/DC固态变压器单元(1)构成，n为大于等于2的正整数，所述n个AC/DC固态变压器单元(1)的AC侧并联、DC侧串联。
2.根据权利要求1所述的一种高压直流/低压交流固态变压器，其特征在于：所述AC/DC固态变压器单元(1)包括低压侧AC/DC变换器(11)、低压侧DC/AC变换器(12)、高频隔离变压器(13)和高压侧AC/DC变换器(14)；所述低压侧AC/DC变换器(11)的AC侧作为AC/DC固态变压器单元(1)的AC端接口，所述低压侧AC/DC变换器(11)的DC侧与低压侧DC/AC变换器(12)的DC侧相连，所述低压侧DC/AC变换器(12)的AC侧与高频变压器(13)的输入端相连，所述高频变压器(13)的输出端与高压侧AC/DC变换器(14)的AC端相连，高压侧AC/DC变换器(14)的DC端作为AC/DC固态变压器单元(1)的DC端接口。
3.根据权利要求2所述的一种高压直流/低压交流固态变压器，其特征在于：当高压直流/低压交流固态变压器的低压交流侧为单相接口时，所述低压侧AC/DC变换器(11)采用单相全桥拓扑，当高压直流/低压交流固态变压器的低压交流侧为三相接口时，所述低压侧AC/DC变换器(11)采用三相全桥拓扑。
4.根据权利要求2所述的一种高压直流/低压交流固态变压器，其特征在于：所述低压侧AC/DC变换器(11)采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含交流滤波电感和直流滤波电容。
5.根据权利要求2所述的一种高压直流/低压交流固态变压器，其特征在于：所述低压侧DC/AC变换器(11)采用单相全桥拓扑，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管。
6.根据权利要求2所述的一种高压直流/低压交流固态变压器，其特征在于：所述高频变压器(13)采用高压隔离变压器，原副边隔离电压取决于高压直流/低压交流固态变压器的高压端电压。
7.根据权利要求2所述的一种高压直流/低压交流固态变压器，其特征在于：所述高压侧AC/DC变换器(14)采用单相全桥拓扑，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管。
8.根据权利要求1所述的一种高压直流/低压交流固态变压器，其特征在于：所述AC/DC固态变压器单元(1)采用模块化设计。
9.根据权利要求2所述的一种高压直流/低压交流固态变压器，其特征在于：所述低压侧AC/DC变换器(11)的AC侧包含滤波电感，所述滤波电感与AC/DC固态变压器单元(1)的AC端接口直接相连。
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