專利名稱：高壓轉(zhuǎn)低壓直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力電子技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種高壓轉(zhuǎn)低壓直流變換
O
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)配電變壓器控制功能有限，不具備對(duì)電壓、電流的連續(xù)調(diào)節(jié)和綜合控制功能， 難以對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高做出貢獻(xiàn)。電力電子變壓器是一種新型的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，它通過(guò) 電力電子變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的電壓變換和能量傳遞，其突出特點(diǎn)在于通過(guò)電壓源換 流器對(duì)其交流側(cè)電壓的幅值和相位進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)變壓器原、副邊電壓、電流和功率的 靈活調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)對(duì)電力電子變壓器現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，華中科技大學(xué).“電力電子變壓 器，，·申請(qǐng)?zhí)?02139030. 4，
公開日=2003. 03. 12 ；以及WANG JUN等，，，智能電網(wǎng)技術(shù)” · IEEE Trans, onlndustry Electronics Magzine (工業(yè)電子雜志)· 2009 年 6 月.分別記載了一種 高壓交流_低壓交流的電力電子變換器技術(shù)，屬于電力電子變換器概念，但是該現(xiàn)有技術(shù) 不能應(yīng)用于高壓直流_低壓直流的電力電子變換器技術(shù)。隨著電力電子變換技術(shù)的發(fā)展， 高壓直流_低壓直流的DC-DC變換器的應(yīng)用開始出現(xiàn)，功率等級(jí)趨于增加，例如高壓變頻傳 動(dòng)、海底電纜直流輸電等，需要新型的高壓轉(zhuǎn)低壓直流變換器出現(xiàn)。電力電子變壓器可以滿足未來(lái)電力系統(tǒng)很多新的要求，例如實(shí)現(xiàn)更高的穩(wěn)定性、 實(shí)現(xiàn)更加靈活的輸電方式、整合各種交直流分布式電源以及實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)條件下對(duì)功率潮 流的實(shí)時(shí)控制等。電力電子變壓器集電力電子、電力系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理以及自動(dòng) 控制理論等領(lǐng)域?yàn)橐惑w，具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)檢索和查新，電力電子變壓器的概念比較新穎，屬于電力電子變換器的 前沿，提出的時(shí)間雖然不長(zhǎng)，但是日益受到關(guān)注，經(jīng)過(guò)專家分析和判斷，結(jié)合智能電網(wǎng)、電力 環(huán)保、節(jié)能降耗等發(fā)展主題，電力電子變壓器的發(fā)展前景非常明顯。基于文獻(xiàn)檢索和查新結(jié) 果，目前為止，電力電子變壓器的發(fā)展仍然處于起始階段，電路拓?fù)浜涂刂扑惴ㄈ匀惶幱谝?有基本變換器拓?fù)浣M合和控制算法沿用階段，表現(xiàn)為拓?fù)鋸?fù)雜和控制繁瑣，功能缺陷，具有 成本高、體積大和可靠性低等不足。為此需要提出新的電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ闺娏﹄娮幼?壓器具有控制簡(jiǎn)單和單位輸入功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種高壓轉(zhuǎn)低壓直流變換器，通過(guò)單 相逆變器，將輸入直流轉(zhuǎn)換為高頻脈沖交流信號(hào)，經(jīng)高頻變壓器耦合到二次側(cè)，進(jìn)行降壓變 換，再經(jīng)儲(chǔ)能電路整流及濾波后，將高頻脈沖低壓交流電壓整流并濾波為低壓直流電壓，供 用戶使用。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括依次串聯(lián)的交流斬波電路、高頻 變壓器電路、儲(chǔ)能電路和波形變換電路，其中交流斬波電路將輸入直流轉(zhuǎn)換成高頻脈沖交 流電壓并輸出至高頻變壓器電路，高頻變壓器電路將高頻脈沖高壓交流電壓轉(zhuǎn)換為高頻脈
3沖低壓交流電壓并輸出至儲(chǔ)能電路，儲(chǔ)能電路將高頻脈沖低壓交流電壓整流并濾波為低壓 直流電壓并輸出至波形變換電路，波形變換電路進(jìn)行輸入交流電流波形改善后輸出直流電 壓。所述的交流斬波電路包括濾波電容和與之級(jí)聯(lián)的單相逆變器，其中濾波電容 并聯(lián)于交流斬波電路的輸入端，單相逆變器的輸出端與高頻變壓器電路相連接。所述的單相逆變器具體是由四個(gè)橋接的逆導(dǎo)型開關(guān)組成的單相電壓源逆變器。所述的高頻變壓器電路為高頻變壓器，其初級(jí)繞組與單相逆變器的輸出端相連， 次級(jí)繞組與儲(chǔ)能電路的輸入端相連。所述的儲(chǔ)能電路包括兩個(gè)高速二極管和兩個(gè)電解電容，其中第一高速二極管 和第一電解電容正向串聯(lián)后并聯(lián)于高頻變壓器電路的輸出端，第二高速二極管和第二電解 電容反向相串聯(lián)后并聯(lián)于高頻變壓器電路的輸出端，第一電解電容的正極和第二電解電容 負(fù)極構(gòu)成儲(chǔ)能電路的輸出端。所述的波形變換電路包括第五逆導(dǎo)型開關(guān)、第一電感、第三功率二極管和第二電 解電容，其中第一電感與第三功率二極管相串聯(lián)，第三電解電容并聯(lián)于波形變換電路的輸 出端，第五逆導(dǎo)型開關(guān)的兩端分別與第三功率二極管和第三電解電容相連接。本發(fā)明用基于SiC IGBT的電力電子變壓器實(shí)現(xiàn)新型DC-DC配電調(diào)壓器，采用電力 電子變換技術(shù)對(duì)能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換與控制。具有構(gòu)思新穎、系統(tǒng)體積小、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)改善、環(huán) 保效果好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明中采用的儲(chǔ)能電路的電解電容容量非常低，波形變換電路為升壓電路，可 以采用單周期控制算法、雙閉環(huán)控制算法等。二者結(jié)合可以使得高頻變壓器的初級(jí)和次級(jí) 工作在360度開關(guān)狀態(tài)，初級(jí)和次級(jí)的阻抗呈現(xiàn)電阻，即一步使得交流斬波電路中功率開 關(guān)工作在180度狀態(tài)，使得網(wǎng)側(cè)的等效阻抗為電阻。使得整個(gè)線路中無(wú)功電流成分最小化， 改善變換器的變換特性。而且?guī)?lái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)容易、體積減少和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為單相逆變器Il的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。如圖1所示，本實(shí)施例包括依次串聯(lián)的交流斬波電路1、高頻變壓器電路2、儲(chǔ)能 電路3和波形變換電路4，其中交流斬波電路1將輸入直流轉(zhuǎn)換成高頻脈沖交流電壓并輸 出至高頻變壓器電路2，高頻變壓器電路2將高頻脈沖高壓交流電壓轉(zhuǎn)換為高頻脈沖低壓 交流電壓并輸出至儲(chǔ)能電路3，儲(chǔ)能電路3將高頻脈沖低壓交流電壓整流并濾波為低壓直 流電壓并輸出至波形變換電路4，波形變換電路4進(jìn)行輸入交流電壓及電流波形改善后輸 出直流電壓。所述的交流斬波電路1包括濾波電容Cl和與之級(jí)聯(lián)的單相逆變器II，其中濾波電容Cl并聯(lián)于交流斬波電路1的輸入端，單相逆變器Il的輸出端與高頻變壓器電路2 相連接。所述的單相逆變器Il具體是由四個(gè)橋接的逆導(dǎo)型開關(guān)Sl S4組成的單相電壓 源逆變器。所述的高頻變壓器電路2為高頻變壓器Tl，其初級(jí)繞組與單相逆變器Il的輸出端 相連，次級(jí)繞組與儲(chǔ)能電路3的輸入端相連。所述的儲(chǔ)能電路3包括兩個(gè)高速二極管Dl、D2和兩個(gè)電解電容El、E2，其中第 一高速二極管Dl和第一電解電容El正向串聯(lián)后并聯(lián)于高頻變壓器電路2的輸出端，第二 高速二極管D2和第二電解電容E2反向相串聯(lián)后并聯(lián)于高頻變壓器電路2的輸出端，第一 電解電容El的正極和第二電解電容E2負(fù)極構(gòu)成儲(chǔ)能電路3的輸出端。所述的波形變換電路4包括第五逆導(dǎo)型開關(guān)S5、第一電感Li、第三功率二極管 D3和第二電解電容E2，其中第一電感Ll與第三功率二極管D3相串聯(lián)，第三電解電容E3 并聯(lián)于波形變換電路4的輸出端，第五逆導(dǎo)型開關(guān)S5的兩端分別與第三功率二極管D3和 第三電解電容E3相連接。本實(shí)施例中所述的單相逆變器II、高頻變壓器Tl和儲(chǔ)能電路3組成了電力電子變 壓器，其作用是通過(guò)提高DC-DC變換器的工作頻率，并使線路各點(diǎn)的阻抗呈現(xiàn)阻性，來(lái)實(shí)現(xiàn) 相比常規(guī)變壓器體積減少、重量變輕的目標(biāo)，從而大大減少無(wú)源器件的尺寸和重量。本實(shí)施例中單相輸入直流電壓為400VDC，單相逆變器II、高頻變壓器Tl和儲(chǔ)能 電路3將400VDC變換為220VDC，單相逆變器Il為傳統(tǒng)的電壓源逆變器。本實(shí)施例中將儲(chǔ)能電路與波形變換電路的使用，可以帶來(lái)如下優(yōu)點(diǎn)波形變換電 路采用單周期控制或雙閉環(huán)控制，可以獲得穩(wěn)定的輸出電壓和阻性的輸入阻抗。儲(chǔ)能電路 采用低量的電解電容，得到倍壓的正弦半波電壓和正弦半波電流。使得高頻變壓器工作在 360度狀態(tài)，進(jìn)一步使得交流斬波電路的開關(guān)工作在180度狀態(tài)，使網(wǎng)側(cè)電壓與電流之比接 近常數(shù)。這是其他DC-DC變換器所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，而且電路結(jié)果簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便，可靠性 與效率自然得到提升。
權(quán)利要求
一種高壓轉(zhuǎn)低壓直流變換器，包括依次串聯(lián)的交流斬波電路、高頻變壓器電路、儲(chǔ)能電路和波形變換電路，其中交流斬波電路將輸入直流轉(zhuǎn)換成高頻脈沖交流電壓并輸出至高頻變壓器電路，高頻變壓器電路將高頻脈沖高壓交流電壓轉(zhuǎn)換為高頻脈沖低壓交流電壓并輸出至儲(chǔ)能電路，儲(chǔ)能電路將高頻脈沖低壓交流電壓整流并濾波為低壓直流電壓并輸出至波形變換電路，波形變換電路進(jìn)行輸入交流電壓及電流波形改善后輸出直流電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓轉(zhuǎn)低壓直流變換器，其特征是，所述的交流斬波電路包 括濾波電容和與之級(jí)聯(lián)的單相逆變器，其中濾波電容并聯(lián)于交流斬波電路的輸入端，單 相逆變器的輸出端與高頻變壓器電路相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓轉(zhuǎn)低壓直流變換器，其特征是，所述的單相逆變器具體 是由四個(gè)橋接的逆導(dǎo)型開關(guān)組成的單相電壓源逆變器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓轉(zhuǎn)低壓直流變換器，其特征是，所述的高頻變壓器電路 為高頻變壓器，其初級(jí)繞組與單相逆變器的輸出端相連，次級(jí)繞組與儲(chǔ)能電路的輸入端相 連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓轉(zhuǎn)低壓直流變換器，其特征是，所述的儲(chǔ)能電路包括兩 個(gè)高速二極管和兩個(gè)電解電容，其中第一高速二極管和第一電解電容正向串聯(lián)后并聯(lián)于 高頻變壓器電路的輸出端，第二高速二極管和第二電解電容反向串聯(lián)后并聯(lián)于高頻變壓器 電路的輸出端，第一電解電容的正極和第二電解電容負(fù)極構(gòu)成儲(chǔ)能電路的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓轉(zhuǎn)低壓直流變換器，其特征是，所述的波形變換電路包 括第五逆導(dǎo)型開關(guān)、第一電感電感、第三功率二極管和第三電解電容，其中第一電感與 第三功率二極管相串聯(lián)，第三電解電容并聯(lián)于波形變換電路的輸出端，第五逆導(dǎo)型開關(guān)的 兩端分別與第三功率二極管和第三電解電容相連接。
全文摘要
一種電力電子技術(shù)領(lǐng)域的高壓轉(zhuǎn)低壓直流變換器，包括依次串聯(lián)的交流斬波電路、高頻變壓器電路、儲(chǔ)能電路和波形變換電路，其中交流斬波電路將輸入直流轉(zhuǎn)換成高頻脈沖交流電壓并輸出至高頻變壓器電路，高頻變壓器電路將高頻脈沖高壓交流電壓轉(zhuǎn)換為高頻脈沖低壓交流電壓并輸出至儲(chǔ)能電路，儲(chǔ)能電路將高頻脈沖低壓交流電壓整流并濾波為低壓直流電壓并輸出至波形變換電路，波形變換電路進(jìn)行輸入交流電壓及電流波形改善后輸出直流電壓。
文檔編號(hào)H02M3/28GK101951153SQ20101028344
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者張永鑫, 楊喜軍, 田書欣, 鐘莉娟 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)