CN109067185A - 一种高压直流-直流电力电子变压器的降损方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高压直流‑直流电力电子变压器的降损方法，包括软开关技术，高压直流‑直流电力电子变压器的DAB功率单元的开关器件工作频率为10KHz；在所述的开关器件工作频率下采用软开关技术，取得低的开关损耗，同时还采用如下降损方法：1)IGBT关断损耗通过在Vce两端并联吸收电容减小；2)IGBT开通损耗通过使电路工作于零电压开关模式下消除；3)IGBT开通速度调整，减小死区时间，以避免零电压开通后IGBT再次关断。还包括高频变压器的降损方法，能够降低高压直流‑直流电力电子变压器(DCSST)的损耗。

Description

一种高压直流-直流电力电子变压器的降损方法
技术领域
本发明涉及高压直流-直流电力电子变压器技术领域，特别涉及一种高压直流-直流电力电子变压器的降损方法。
背景技术
与交流输电相比，高压直流输电具有输送功率容量大、损耗小、输送距离远、稳定性好等特点，而有广阔的应用前景。随着直流配电网的快速发展，为了适应将来将高压直流输电直接应用于用电设备，尤其对大规模非并网风力发电等独立电力系统，需要具有和交流隔离变压器功能类似的直流变压装置，将高压直流电转换成隔离的满足用电设备要求的低压直流电。
直流变压器(DCSST)在接近100％的等效占空比下工作，输出省去了滤波电感，结构简单；采用闭环控制，易于实现软开关，可进一步提高开关频率，提高功率密度。其区别于传统电力变压器突出的特点在于体积小、重量轻，可以实现对变压器原副边电压幅值和相位的灵活控制，满足未来电力系统的很多新的要求，但是同时对直流变压器的损耗问题也有了更高的技术要求。
本发明涉及的高压直流-直流电力电子变压器(DCSST)使用低压DC/DC模块(DAB功率单元)联方式，IGBT开关器件电压电流应力小，技术成熟可靠，成本比较低。对于不同电压，不同容量应用场合，只需调整DAB功率单元数目，可拓展性强。DAB功率单元采用对称结构，左右侧均为H全桥整流结构，中间通过高频变压器连接起来，实现了电气隔离。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种高压直流-直流电力电子变压器的降损方法，能够降低高压直流-直流电力电子变压器(DCSST)的损耗。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高压直流-直流电力电子变压器的降损方法，包括软开关技术，高压直流-直流电力电子变压器的DAB功率单元的开关器件工作频率为10KHz；在所述的开关器件工作频率下采用软开关技术，取得低的开关损耗，同时还采用如下降损方法：
1)IGBT关断损耗通过在Vce两端并联吸收电容减小；
2)IGBT开通损耗通过使电路工作于零电压开关模式下消除；
3)IGBT开通速度调整，减小死区时间，以避免零电压开通后IGBT再次关断。
还包括高频变压器的降损方法，具体为：
1)采用超微晶环形磁芯，磁导率高，磁芯损耗小；
2)采用多股漆包绞合线削弱高频下趋肤效应的影响，降低铜损；
3)磁芯包裹高压环氧玻璃粉云母带，并真空浸漆处理，解决绕组与磁芯的耐压问题；
4)高低压绕组相向排布，并对整个变压器用环氧导热真空灌封，以解决绕组之间耐压问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明所设计的高压直流-直流电力电子变压器降损技术通过软开关拓扑结构设计与优化变压器设计使直流变压器效率达到97％，该直流变压器在国际上已知输入串联输出并联拓扑结构中电压等级最高、功率最大，效率指标达到国内领先水平。通过该技术的积累，采用目前方案完全可实现电压等级更高、容量更大的直流变压器工程，为占领未来的直流市场打下坚实的基础。
2、高隔离电压，高效率的高频变压器设计方案；具有开关频率高，低损耗，耐压达到30kV等优点。
附图说明
图1是直流-直流电力电子变压器(DCSST)拓扑图；
图2是高频隔离双主动全桥功率单元(DAB)结构图；
图3是基于软开关技术的DAB基本控制方法；
图4是死区时间导致零电压开通后IGBT再次关断的电压电流波形；
图5是基于软开关技术的DAB电压电流波形；
图6是高频变压器绕组示意图；
图7是高频变压器绕组绕制示意图。
图中：1-电压波形 2-电流波形。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，本发明设计的高压直流-直流电力电子变压器(DCSST)的拓扑基于高频隔离双主动全桥DC/DC变换器(DAB)，T1-Tn为高频隔离变压器，图2为DAB单元具体的结构图，DCSST的高压侧采用DAB单元高压端口串联，低压侧采用DAB功率单元低压端口并联，高压侧与低压侧之间连接有高频变压器。
一种高压直流-直流电力电子变压器的降损方法，包括两个方面：
一、软开关技术，高压直流-直流电力电子变压器的DAB功率单元的开关器件工作频率为10KHz；在所述的开关器件工作频率下采用软开关技术，才能取得较低的开关损耗，同时还采用如下降损方法：
1)IGBT关断损耗通过在Vce两端并联吸收电容减小，对电容参数优化选择；
2)IGBT开通损耗通过使电路工作于零电压开关模式下消除，图3是基于软开关技术的DAB基本控制方法；
3)IGBT开通速度调整，减小死区时间，以避免零电压开通后IGBT再次关断，图4为死区时间导致零电压开通后IGBT再次关断的电压电流波形。
图5为基于软开关技术的DAB电压电流波形，采用软开关技术可以有效降低IGBT开关器件在导通与关断时的损耗，提高DAB单元的效率，同时通过合理设计也减少DAB主回路中的损耗。
二、高频变压器的降损设计方法，常规高频变压器厂家只能生产低压(<2kV)产品，缺乏高压绝缘方面的经验，无法满足30kV耐压要求；电力变压器厂家只能生产工频隔离的变压器，高频场合(>1kHz)则无相关产品，按低频设计则损耗大，铁芯发热严重。为了解决这些问题采用了以下技术：
1)采用超微晶环形磁芯，磁导率高，磁芯损耗小；
2)采用多股漆包绞合线削弱高频下趋肤效应的影响，降低铜损；
3)磁芯包裹高压环氧玻璃粉云母带，并真空浸漆处理，解决绕组与磁芯的耐压问题；
4)如图6-7所示，高低压绕组相向排布，并对整个变压器用环氧导热真空灌封，以解决绕组之间耐压问题。耐压达到30kV。
本发明所设计的高压直流-直流电力电子变压器降损技术通过软开关拓扑结构设计与优化变压器设计使直流变压器效率达到97％，该直流变压器在国际上已知输入串联输出并联拓扑结构中电压等级最高、功率最大，效率指标达到国内领先水平。通过该技术的积累，采用目前方案完全可实现电压等级更高、容量更大的直流变压器工程，为占领未来的直流市场打下坚实的基础。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (2)

1.一种高压直流-直流电力电子变压器的降损方法，其特征在于，包括软开关技术，具体为：高压直流-直流电力电子变压器的DAB功率单元的开关器件工作频率为10KHz；在所述的开关器件工作频率下采用软开关技术，取得低的开关损耗；同时还采用如下降损方法：
1)IGBT关断损耗通过在Vce两端并联吸收电容减小；
2)IGBT开通损耗通过使电路工作于零电压开关模式下消除；
3)IGBT开通速度调整，减小死区时间，以避免零电压开通后IGBT再次关断。
2.根据权利要求1所述的一种高压直流-直流电力电子变压器的降损方法，其特征在于，还包括高频变压器的降损方法，具体为：
1)采用超微晶环形磁芯，磁导率高，磁芯损耗小；
2)采用多股漆包绞合线削弱高频下趋肤效应的影响，降低铜损；
3)磁芯包裹高压环氧玻璃粉云母带，并真空浸漆处理，解决绕组与磁芯的耐压问题；
4)高低压绕组相向排布，并对整个变压器用环氧导热真空灌封，以解决绕组之间耐压问题。
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