CN110165896B - 一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器及其控制方法，变压器包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口；各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；各子模块的输入滤波电容C_ini串联组成该单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容C_oi并联组成该单元的低压直流侧输出端口。该变压器通过控制各子模块内变压器原副边桥臂间的移相角可实现功率在中压直流侧与低压直流侧间的双向传输，实现所有开关管的零电压开通。

Description

一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器及控制方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别是涉及一种适用于中压直流配电网的基于集中式多绕组变压器的直流变压器及控制方法。

背景技术

近年来，随着分布式能源的发展，直流负荷的增多，中低压直流配电系统受到了广泛的关注。而直流变压器作为中低压直流配电系统中的关键设备，成为了一个研究的热点。目前，直流变压器一般采用输入串联输出并联的结构，以减小中压直流侧开关器件的电压应力与低压直流侧开关器件的电流应力。同时，模块化的构造提高了直流变压器的可靠性与故障冗余性能。但受限于目前的半导体器件耐压水平与成本考虑，直流变压器的每个子模块的输入电压有限，使得直流变压器所使用的模块数量增多。进一步地，开关器件与高频变压器的数量也大大增加，从而导致直流变压器的功率密度难以进一步提高。如何在不增加器件耐压的前提下，通过改变子模块拓扑结构，减少直流变压器模块数量，提升直流变压器功率密度成为了一个难题。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，本发明提供一种适用于中压直流配电网的基于集中式多绕组变压器的直流变压器及控制方法，通过对直流变压器子模块拓扑结构进行改进，提升直流变压器单个子模块输入电压，从而减少直流变压器模块数量，提升装置功率密度。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器，包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口，其中，各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容C_ini串联组成该直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容C_oi并联组成该直流变压器单元的低压直流侧输出端口；

子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容C_ini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感L_si、隔直电容C_di与和变压器原边绕组，第一开关管Q_i1与第二开关管Q_i2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容C_ini并联，第一桥臂中间点与传输电感L_si、隔直电容C_di串联后连接变压器原边绕组#ip的端子P_i1；在低压直流侧包含输出滤波电容C_oi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Q_i3与第四开关管Q_i4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容C_oi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子S_i1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的P₁₂、P₂₂、……、P_N2端子相连接；副边绕组的S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子相连接，其中P₁₂、P₂₂、……、P_N2、S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子为多绕组变压器同名端。

一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器，包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口，其中，各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容C_ini串联组成该直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容C_oi并联组成该直流变压器单元的低压直流侧输出端口；

子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容C_ini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感L_si、隔直电容C_di与和变压器原边绕组，第一开关管Q_i1与第二开关管Q_i2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容C_ini并联，第一桥臂中间点与传输电感L_si、隔直电容C_di串联后连接变压器原边绕组#ip的端子P_i1；在低压直流侧包含输出滤波电容C_oi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Q_i3与第四开关管Q_i4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容C_oi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子S_i1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的P₁₂、P₂₂、……、P_N2端子相连接；副边绕组的异名端顺次连接，即S_i2端子连接S_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子S_N2连接端子S₁₁，其中P₁₂、P₂₂、……、P_N2、S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子为多绕组变压器同名端。

一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器，包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口，其中，各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容C_ini串联组成该直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容C_oi并联组成该直流变压器单元的低压直流侧输出端口；

子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容C_ini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感L_si、隔直电容C_di与和变压器原边绕组，第一开关管Q_i1与第二开关管Q_i2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容C_ini并联，第一桥臂中间点与传输电感L_si、隔直电容C_di串联后连接变压器原边绕组#ip的端子P_i1；在低压直流侧包含输出滤波电容C_oi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Q_i3与第四开关管Q_i4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容C_oi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子S_i1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的异名端顺次连接，即P_i2端子连接P_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子P_N2连接端子P₁₁；副边绕组的异名端顺次连接，即S_i2端子连接S_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子S_N2连接端子S₁₁，其中P₁₂、P₂₂、……、P_N2、S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子为多绕组变压器同名端。

一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器，包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口，其中，各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容C_ini串联组成该直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容C_oi并联组成该直流变压器单元的低压直流侧输出端口；

子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容C_ini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感L_si、隔直电容C_di与和变压器原边绕组，第一开关管Q_i1与第二开关管Q_i2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容C_ini并联，第一桥臂中间点与传输电感L_si、隔直电容C_di串联后连接变压器原边绕组#ip的端子P_i1；在低压直流侧包含输出滤波电容C_oi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Q_i3与第四开关管Q_i4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容C_oi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子S_i1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的异名端顺次连接，即P_i2端子连接P_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子P_N2连接端子P₁₁；副边绕组的S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子相连接，其中P₁₂、P₂₂、……、P_N2、S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子为多绕组变压器同名端。

本发明另一实施例中还提供了一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器，包括M个输入串联输出串联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的输入端口串联组成直流变压器的输入端口，M个直流变压器单元的输出端口串联组成直流变压器的输出端口，其中，第1-M个直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出串联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容C_ini串联组成该直流变压器单元的输入端口，输出滤波电容C_oi串联组成该直流变压器单元的输出端口；

子模块i在输入侧包含输入滤波电容C_ini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感L_si、隔直电容C_di与和变压器原边绕组，第一开关管Q_i1与第二开关管Q_i2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容C_ini并联，第一桥臂中间点与传输电感L_si、隔直电容C_di串联后连接变压器原边绕组#ip的端子P_i1；在输出侧包含输出滤波电容C_oi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Q_i3与第四开关管Q_i4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容C_oi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子S_i1；各模块内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，各子模块变压器原边与副边绕组端子的连接方式为：(1)原边绕组的P₁₂、P₂₂、……、P_N2端子相连接；副边绕组的S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子相连接；或者，(2)原边绕组的P₁₂、P₂₂、……、P_N2端子相连接；副边绕组的异名端顺次连接，即S_i2端子连接S_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子S_N2连接端子S₁₁；或者，(3)原边绕组的异名端顺次连接，即P_i2端子连接P_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子P_N2连接端子P₁₁；副边绕组的异名端顺次连接，即S_i2端子连接S_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子S_N2连接端子S₁₁；或者，(4)原边绕组的异名端顺次连接，即P_i2端子连接P_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子P_N2连接端子P₁₁；副边绕组的S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子相连接。其中，P₁₂、P₂₂、……、P_N2、S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子为多绕组变压器同名端。

本发明还提供了一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器的控制方法，包括以下步骤：

(1)在第j个直流变压器单元的第i子模块内，第一至第四开关管的驱动信号的占空比均为50％，第二开关管驱动信号与第一开关管相反，第四开关管驱动信号与第三开关管相反；

(2)在第j个直流变压器单元的第i子模块内，采用移相控制策略，通过调节第一开关管与第三开关管驱动信号间的移相时间，控制功率传输方向与功率传输大小；

(3)在第j个直流变压器单元内，各相邻子模块间采用固定移相方式，移相时间为T_s/N，其中T_s为开关周期，N为第j模块内的子模块个数；

(4)采样低压直流侧电压，与参考电压做差，该差值通过PI控制器后，得到整体移相时间；采用电压电流双闭环ISOP均压均流策略，得到M个直流变压器单元的基准移相时间；在第j个直流变压器单元内，采样第i子模块的输入滤波电容C_ini的电压，与N个子模块的输入滤波电容电压的平均值做差，差值经过PI控制器，得到每个子模块的补偿移相时间；将基准移相时间与补偿移相时间相加，得步骤(2)中所述的子模块内第一开关管与第三开关管驱动信号间的移相时间。

有益效果：与现有技术相比，本发明通过对直流变压器子模块拓扑结构进行改进，提升直流变压器单个子模块输入电压，从而减少直流变压器模块数量，提升装置功率密度。同时，本发明涉及的一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器中，所有开关器件均可实现零电压开通，有助于减少开关损耗，提升直流变压器传输效率。

附图说明

图1是本发明的基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器电路原理图；

图2是本发明的基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器拓扑控制方法示意图；

图3是本发明中包含3个子模块的直流变压器模块电路原理图；

图4是包含3个子模块的直流变压器模块的开关管驱动波形；

图5是包含3个子模块的直流变压器模块主要工作波形；

图6是采用变压器原边绕组同名端相连接，副边绕组异名端顺序连接方式的直流变压器电路原理图；

图7是采用变压器原边绕组异名端顺序连接，副边绕组异名端顺序连接方式的的直流变压器电路原理图；

图8是采用变压器原边绕组异名端顺序连接，副边绕组同名端相连接方式的的直流变压器电路原理图；

图9是基于集中式多绕组高频变压器的输入串联输出串联型直流变压器电路原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施实例对本发明的技术方案做更进一步说明。

本发明设计了一种基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器。如图1所示，该直流变压器拓扑由M个输入串联输出并联(ISOP)的直流变压器单元组成，各直流变压器单元中又包含N(N≥3)个输入串联、输出并联的子模块，其中每个子模块在中压直流侧包含一个输入滤波电容C_ini、一个由开两个关管串联组成的桥臂，一个传输电感L_si，一个隔直电容C_di与变压器原边绕组。在低压直流侧包含一个输出滤波电容C_oi，一个由两个开关管串联组成的桥臂与变压器副边绕组。

在第j个直流变压器单元的第i个子模块中，第一开关管Q_i1与第二开关管Q_i2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容C_ini并联，第一桥臂中间点与传输电感L_si、隔直电容C_di串联后连接变压器原边绕组#ip的端子P_i1。第三开关管Q_i3与第四开关管Q_i4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容C_oi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子S_i1，其中变压器原边绕组端子P_i1与副边绕组端子S_i1为同名端。

将N个子模块的输入滤波电容C_ini串联组成第j个直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容C_oi并联组成第j个直流变压器单元的低压直流侧输出端口。将N个子模块中的变压器原边绕组#ip的端子P_i2(i＝1、2、……、N)相连接，副边绕组的#is的端子S_i2(i＝1、2、……、N)相连接。且N个子模块中的所有变压器原副边绕组共用一个变压器磁芯。

将M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，将M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口。其中，第1-M个直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立。

与上述相对应，本发明提出了一种适用于本发明所述的直流变压器拓扑结构的控制方法，以实现直流变压器的功率双向传输，控制低压直流侧电压或电流等需求。如图2所示，采样低压直流侧电压v_LV(或电流i_LV)作为控制对象，与电压给定值V_ref(或电流给定值I_ref)比较做差，通过PI控制器后，得到整体移相时间；同时分别采样M个直流变压器单元的中压直流侧电压v_SMj(j＝1，2，……，M)，与M个直流变压器单元中压直流侧电压的平均值v_{SM_ave}比较做差，差值通过PI控制器，可分别得到M个直流变压器单元的补偿移相时间。将整体移相时间与补偿移相时间相加，作为每个直流变压器单元的基准移相时间

也可采用输入串联输出并联ISOP系统中的其他均压均流策略生成每个直流变压器单元的基准移相时间

如双环均压策略、主从控制策略等。

在第j个直流变压器单元内，采样每个子模块的输入滤波电容C_ini(i＝1,2,……,N)的电压v_Cini(i＝1，2，……，N)，与该直流变压器单元内N个子模块的输入滤波电容电压的平均值v_{Cin_ave}做差，差值经过PI控制器，得到每个子模块的补偿移相时间。将直流变压器单元基准移相时间

与各子模块补偿移相时间相加，可分别得到每个子模块内第一开关管与第三开关管驱动信号间的移相时间

为产生各开关管驱动波形。在每个子模块内，第一至第四开关管的驱动信号的占空设置为50％，第二开关管驱动信号与第一开关管相反，第四开关管驱动信号与第三开关管相反，第一开关管与第三开关管驱动信号间设置移相时间为

在每个直流变压器单元内，各相邻子模块间采用固定移相方式，移相时间为T_s/N，其中T_s为开关周期，N为每个模块内的子模块个数，即第i子模块中第一开关管Q_i1的驱动信号相对于第(i-1)子模块中的第一开关管Q_(i-1)1的驱动信号滞后T_s/N。

进一步地，为说明本发明的直流变压器模块内工作方式，给出了一个直流变压器单元工作实例。拓扑结构如图3所示，该直流变压器单元由3个子模块组成。开关管驱动波形如图4所示，子模块1的第一开关管Q₁₁与第三开关管Q₁₃驱动信号间移相时间为

子模块2的第一开关管Q₂₁与第三开关管Q₂₃驱动信号间移相时间为

子模块3的第一开关管Q₃₁与第三开关管Q₃₃驱动信号间移相时间为

子模块2的第一开关管Q₂₁驱动信号相对于子模块1的第一开关管Q₁₁滞后T_s/3，子模块3的第一开关管Q₃₁驱动信号相对于子模块2的第一开关管Q₂₁滞后T_s/3。相应的，子模块2的第三开关管Q₂₃驱动信号相对于子模块1的第三开关管Q₁₃滞后T_s/3，子模块3的第三开关管Q₃₃驱动信号相对于子模块2的第三开关管Q₂₃滞后T_s/3。图5给出了该直流变压器单元的主要工作波形，子模块1中经隔直电容C_d1后的电压v_AO与变压器原边电压v_p1包含4个电平，3个子模块中的变压器原边电流分别滞后T_s/3。并且，在子模块1的第一开关管Q₁₁开通前，电流i_p1为负，因此子模块1的第一开关管Q₁₁可实现零电压开通。同样地，对于其他所有开关管，均实现了零电压开通。

上述技术方案所设计基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器拓扑及控制方法，增加了直流变压器单一单元的输入电压，有助于减少直流变压器单元个数，提升装置功率密度。同时，该直流变压器实现了所有开关管的零电压开通，有助于降低开关器件开关损耗，提升直流变压器传输效率。

对于直流变压器单元内部的多绕组高频变压器，除图1外，各子模块变压器原边与副边绕组端子的连接方式可采用其他方式：(1)如图6所示，原边绕组的P₁₂、P₂₂、……、P_N2端子相连接；副边绕组的异名端顺次连接，即S_i2端子连接S_(i+1)1端子(i＝1，2，……，N-1)，最后端子S_N2连接端子S₁₁；(2)如图7所示，原边绕组的异名端顺次连接，即P_i2端子连接P_(i+1)1端子(i＝1，2，……，N-1)，最后端子P_N2连接端子P₁₁；副边绕组的异名端顺次连接，即S_i2端子连接S_(i+1)1端子(i＝1，2，……，N-1)，最后端子S_N2连接端子S₁₁；(3)如图8所示，原边绕组的异名端顺次连接，即P_i2端子连接P_(i+1)1端子(i＝1，2，……，N-1)，最后端子P_N2连接端子P₁₁；副边绕组的S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子相连接。其中，P₁₂、P₂₂、……、P_N2、S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子为多绕组变压器同名端。

除了上述的输入串联输出并联型直流变压器，还可以将直流变压器单元的输入端口串联，输出端口串联，组成如图9所示的输入串联、输出串联型直流变压器拓扑，其各子模块连接关系和子模块结构与图1中相同。并且，对于其中各直流变压器单元的多绕组高频变压器，可采用如图1、6、7、8中所示方式进行连接。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器，其特征在于：包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口，其中，各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容C_ini串联组成该直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容C_oi并联组成该直流变压器单元的低压直流侧输出端口；

子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容C_ini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感L_si、隔直电容C_di与和变压器原边绕组，第一开关管Q_i1与第二开关管Q_i2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容C_ini并联，第一桥臂中间点与传输电感L_si、隔直电容C_di串联后连接变压器原边绕组#ip的端子P_i1；在低压直流侧包含输出滤波电容C_oi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Q_i3与第四开关管Q_i4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容C_oi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子S_i1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的P₁₂、P₂₂、……、P_N2端子相连接；副边绕组的S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子相连接，其中P₁₂、P₂₂、……、P_N2、S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子为多绕组变压器同名端。

2.一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器，其特征在于：包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口，其中，各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容C_ini串联组成该直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容C_oi并联组成该直流变压器单元的低压直流侧输出端口；

子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容C_ini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感L_si、隔直电容C_di与和变压器原边绕组，第一开关管Q_i1与第二开关管Q_i2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容C_ini并联，第一桥臂中间点与传输电感L_si、隔直电容C_di串联后连接变压器原边绕组#ip的端子P_i1；在低压直流侧包含输出滤波电容C_oi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Q_i3与第四开关管Q_i4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容C_oi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子S_i1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的P₁₂、P₂₂、……、P_N2端子相连接；副边绕组的异名端顺次连接，即S_i2端子连接S_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子S_N2连接端子S₁₁，其中P₁₂、P₂₂、……、P_N2、S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子为多绕组变压器同名端。

3.一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器，其特征在于：包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口，其中，各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容C_ini串联组成该直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容C_oi并联组成该直流变压器单元的低压直流侧输出端口；

子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容C_ini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感L_si、隔直电容C_di与和变压器原边绕组，第一开关管Q_i1与第二开关管Q_i2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容C_ini并联，第一桥臂中间点与传输电感L_si、隔直电容C_di串联后连接变压器原边绕组#ip的端子P_i1；在低压直流侧包含输出滤波电容C_oi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Q_i3与第四开关管Q_i4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容C_oi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子S_i1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的异名端顺次连接，即P_i2端子连接P_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子P_N2连接端子P₁₁；副边绕组的异名端顺次连接，即S_i2端子连接S_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子S_N2连接端子S₁₁，其中P₁₂、P₂₂、……、P_N2、S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子为多绕组变压器同名端。

4.一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器，其特征在于：包括M个输入串联输出并联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的中压直流侧输入端口串联组成直流变压器的中压直流侧端口，M个直流变压器单元的低压直流侧输出端口并联组成直流变压器的低压直流侧端口，其中，各直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出并联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容C_ini串联组成该直流变压器单元的中压直流侧输入端口，输出滤波电容C_oi并联组成该直流变压器单元的低压直流侧输出端口；

子模块i在中压直流侧包含输入滤波电容C_ini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感L_si、隔直电容C_di与和变压器原边绕组，第一开关管Q_i1与第二开关管Q_i2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容C_ini并联，第一桥臂中间点与传输电感L_si、隔直电容C_di串联后连接变压器原边绕组#ip的端子P_i1；在低压直流侧包含输出滤波电容C_oi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Q_i3与第四开关管Q_i4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容C_oi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子S_i1；各直流变压器单元内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，且原边绕组的异名端顺次连接，即P_i2端子连接P_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子P_N2连接端子P₁₁；副边绕组的S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子相连接，其中P₁₂、P₂₂、……、P_N2、S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子为多绕组变压器同名端。

5.一种基于集中式多绕组变压器的直流变压器，其特征在于：包括M个输入串联输出串联的直流变压器单元，M个直流变压器单元的输入端口串联组成直流变压器的输入端口，M个直流变压器单元的输出端口串联组成直流变压器的输出端口，其中，第1-M个直流变压器单元间的多绕组高频变压器相互独立；各直流变压器单元均包含N个输入串联、输出串联的子模块，N≥3；N个子模块的输入滤波电容C_ini串联组成该直流变压器单元的输入端口，输出滤波电容C_oi串联组成该直流变压器单元的输出端口；

子模块i在输入侧包含输入滤波电容C_ini、由两个开关管串联组成的第一桥臂、传输电感L_si、隔直电容C_di与和变压器原边绕组，第一开关管Q_i1与第二开关管Q_i2串联组成第一桥臂后与输入滤波电容C_ini并联，第一桥臂中间点与传输电感L_si、隔直电容C_di串联后连接变压器原边绕组#ip的端子P_i1；在输出侧包含输出滤波电容C_oi、由两个开关管串联组成的第二桥臂和变压器副边绕组，第三开关管Q_i3与第四开关管Q_i4串联组成第二桥臂后与输出滤波电容C_oi并联，第二桥臂中间点连接变压器副边绕组#is的端子S_i1；各模块内N个子模块的变压器原副边绕组均绕制在同一个变压器磁芯上，各子模块变压器原边与副边绕组端子的连接方式为：(1)原边绕组的P₁₂、P₂₂、……、P_N2端子相连接；副边绕组的S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子相连接；或者，(2)原边绕组的P₁₂、P₂₂、……、P_N2端子相连接；副边绕组的异名端顺次连接，即S_i2端子连接S_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子S_N2连接端子S₁₁；或者，(3)原边绕组的异名端顺次连接，即P_i2端子连接P_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子P_N2连接端子P₁₁；副边绕组的异名端顺次连接，即S_i2端子连接S_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子S_N2连接端子S₁₁；或者，(4)原边绕组的异名端顺次连接，即P_i2端子连接P_(i+1)1端子(i＝1、2、……、N-1)，最后端子P_N2连接端子P₁₁；副边绕组的S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子相连接；其中，P₁₂、P₂₂、……、P_N2、S₁₂、S₂₂、……、S_N2端子为多绕组变压器同名端。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述基于集中式多绕组高频变压器的直流变压器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在第j个直流变压器单元的第i子模块内，第一至第四开关管的驱动信号的占空比均为50％，第二开关管驱动信号与第一开关管相反，第四开关管驱动信号与第三开关管相反；

(2)在第j个直流变压器单元的第i子模块内，采用移相控制策略，通过调节第一开关管与第三开关管驱动信号间的移相时间，控制功率传输方向与功率传输大小；

(3)在第j个直流变压器单元内，各相邻子模块间采用固定移相方式，移相时间为T_s/N，其中T_s为开关周期，N为第j模块内的子模块个数；

(4)采样低压直流侧电压，与参考电压做差，该差值通过PI控制器后，得到整体移相时间；采用电压电流双闭环ISOP均压均流策略，得到M个直流变压器单元的基准移相时间；在第j个直流变压器单元内，采样第i子模块的输入滤波电容C_ini的电压，与N个子模块的输入滤波电容电压的平均值做差，差值经过PI控制器，得到每个子模块的补偿移相时间；将基准移相时间与补偿移相时间相加，得步骤(2)中所述的子模块内第一开关管与第三开关管驱动信号间的移相时间。

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