專利名稱：非對稱雙向直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一類雙向直流變換器，屬于電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，主要應用于新能源發(fā)電場合。
背景技術(shù)：
海上風力發(fā)電因具有不占用陸上土地、風速高、風能資源豐富等特點而受到世界各國的普遍重視，目前絕大部分海上風電場采用的是交流發(fā)電系統(tǒng)，采用直流發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的海上風電場技術(shù)越來越受到關(guān)注，如圖I所示。直流發(fā)電系統(tǒng)有如下一些優(yōu)點1)利 用高壓高頻直流升壓變換器替代工頻升壓變壓器，可大大減小發(fā)電系統(tǒng)中電力電子裝置的重量和體積，降低對海上基礎(chǔ)建設的要求，減少前期投資成本；2)采用中壓直流母線可降低風電場內(nèi)部聯(lián)接電纜費用；3)采用中壓直流母線的風電場在控制上更加容易方便。目前，直流發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的兆瓦級直流變換器一般都是采用單向變換器，如全橋變換器等。然而，針對海上風電場的特殊場合，與交流發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的是，如果在直流發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中采用單向變換器，則當風機啟動或者風速低于切入風速時，系統(tǒng)無法向風機提供傳感器、測量設備以及制動控制裝置等所需的能量，中壓直流母線電壓也無法建立。此時可以考慮在風機內(nèi)部安裝儲能裝置，如蓄電池等，也可以外加輔助電源，從HVDC電纜引電向風機供電。安裝儲能裝置將增加成本以及系統(tǒng)的重量與體積，而外加輔助電源則相當于額外增加了一套單向降壓變換器系統(tǒng)，同樣會增加整個系統(tǒng)的成本。于是有學者提出采用雙向變換器的方案，通過雙向變換器向風機提供啟動或者風速低于切入風速時所需的能量，而當風機正常發(fā)電時，又通過雙向變換器將電能向外傳輸。雙向變換器的應用，可以大幅減小系統(tǒng)的體積重量，降低成本。然而，風機在啟動或者風速低于切入風速時所需的能量與正常工作時發(fā)出的能量相比很小，而已有的雙向變換器一般都是與蓄電池等儲能設備一起使用，雙向變換器兩個方向傳輸?shù)哪芰炕鞠嗟?，因此已有的雙向變換器在直流系統(tǒng)海上風電這一特殊場合顯得不太合適，“性價比”不高。因此有必要研究非對稱雙向變換器，即該雙向變換器向兩個方向傳遞的能量差異較大，如圖2所示。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型針對背景技術(shù)中的能量非對稱雙向傳輸?shù)募夹g(shù)要求，提出四種適用于高壓大功率變換場合的非對稱雙向直流變換器。技術(shù)方案本實用新型的非對稱雙向直流變換器，在變壓器原邊，第一開關(guān)管和第三開關(guān)管串聯(lián)后組成的第一逆變橋臂正向并聯(lián)在第一電源正負輸出端；第二開關(guān)管和第四開關(guān)管串聯(lián)后組成的第二逆變橋臂同樣正向并聯(lián)在第一電源正負輸出端，第一濾波電容的兩端分別接在第一電源正負輸出端，變壓器原邊繞組兩端分別接在第一逆變橋臂和第二逆變橋臂的中點；在變壓器副邊，第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管組成橋式整流電路，單刀雙擲開關(guān)的b端口與橋式整流電路的正輸出端相連，a端口與濾波電感的一端相連，C端口與變壓器副邊繞組的中點相連，濾波電感的另一端與第二電源的正輸出端相連，橋式整流電路的負輸出端與第二電源的負輸出端相連，第五開關(guān)管和第五二極管串聯(lián)后并在第二二極管兩端，第六開關(guān)管和第六二極管串聯(lián)后并在第四二極管兩端，第二濾波電容的兩端分別接在第二電源正負輸出端。在變壓器原邊，第二開關(guān)管和第四開關(guān)管串聯(lián)后組成的第二逆變橋臂同樣正向并聯(lián)在第一電源正負輸出端，第一濾波電容分為相串聯(lián)的原方第一濾波電容和原方第二濾波電容，相串聯(lián)后的兩端分別接在第一電源正負輸出端，變壓器原邊繞組兩端分別接在原方第一濾波電容與原方第二濾波電容的中點以及第二逆變橋臂的中點。在變壓器原邊，變壓器原邊繞組的同相端與第一逆變橋臂之間連接一個由諧振電感和諧振電容串聯(lián)組成的諧振電路；在變壓器副邊，第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管組成橋式整流電路，第二濾波電容分為相串聯(lián)的副方第一濾波電容、副方第二濾波電容，單刀開關(guān)的一端口與橋式整流電路中第三二極管、第四二極管的中點相連，單刀開關(guān)的另一端口接相串聯(lián)的副方第一濾波電容、副方第二濾波電容的中點，橋式整流電路的負輸出端與第二電源的負輸出端相連，橋式整流電路的正輸出端與第二電源的正輸出端相連；第五開關(guān)管和第五二極管串聯(lián)后并接在第二二極管兩端，第七二極管、第七開關(guān)管串聯(lián)后并接在第一二極管的兩端。在變壓器原邊，第二開關(guān)管和第四開關(guān)管串聯(lián)后組成的第二逆變橋臂同樣正向并聯(lián)在第一電源正負輸出端，第一濾波電容分為相串聯(lián)的原方第一濾波電容和原方第二濾波電容，相串聯(lián)后的兩端分別接在第一電源正負輸出端，變壓器原邊繞組的同相端通過一個由諧振電感和諧振電容串聯(lián)組成的諧振電路接在原方第一濾波電容與原方第二濾波電容的中點，變壓器原邊繞組的異相端接第二逆變橋臂的中點。當變壓器原邊的開關(guān)管處于開關(guān)工作狀態(tài)時，變壓器副邊的開關(guān)管一直處于關(guān)斷狀態(tài)；而當變壓器副邊的開關(guān)管處于開關(guān)工作狀態(tài)時，變壓器原邊的開關(guān)管可以處于開關(guān)工作狀態(tài)時，也可以一直處于關(guān)斷狀態(tài)。有益效果本實用新型的非對稱雙向直流變換器適用于能量非對稱雙向傳輸場合，在此場合中，與傳統(tǒng)的雙向直流變換器相比，本實用新型的非對稱雙向直流變換器可以節(jié)約成本，且控制簡單。

圖I是基于直流系統(tǒng)的海上風力發(fā)電結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的非對稱雙向直流變換器電路結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本實用新型的電流型推挽全橋非對稱雙向直流變換器的電路示意圖；圖4是本實用新型的電流型推挽并橋非對稱雙向直流變換器的電路示意圖；圖5是本實用新型的電壓型諧振全橋非對稱雙向直流變換器的電路示意圖；圖6是本實用新型的電壓型諧振全橋非對稱雙向直流變換器的電路示意圖。
具體實施方式
圖3、4、5、6為本實用新型的四種非對稱雙向直流變換器。[0020]本實用新型的電流型推挽全橋非對稱雙向直流變換器電路示意圖如圖3所示。包括第一電源％的正輸出端連接第一濾波電容C1的一端,第一電源V1的負輸出端連接第一濾波電容C1的另一端，第二電源V2的正輸出端連接第二濾波電容C2的一端，第二電源V2的負輸出端連接第二濾波電容C2的另一端，由第一開關(guān)管0和第三開關(guān)管込串聯(lián)后組成的第一逆變橋臂正向并聯(lián)在第一電源V1正負輸出端；由第二開關(guān)管込和第四開關(guān)管A串聯(lián)后組成的第二逆變橋臂同樣正向并聯(lián)在第一電源V1正負輸出端，變壓器原邊繞組兩端分別接在第一逆變橋臂和第二逆變橋臂的中點，第一二極管仏、第二二極管久、第三二極管久、第四二極管A組成橋式整流電路，單刀雙擲開關(guān)幻的b端口與橋式整流電路的正輸出端相連，a端口與濾波電感L的一端相連，c端口與變壓器副邊繞組的中點相連，濾波電感L的另一端與第二電源V2的正輸出端相連,橋式整流電路的負輸出端與第二電源V2的負輸出端相連，第五開關(guān)管Q5和第五二極管久串聯(lián)后并在第二二極管久兩端，第六開關(guān)管Q6和第六二極管久串聯(lián)后并在第四二極管A兩端。本實用新型的電流型推挽半橋非對稱雙向直流變換器電路示意圖如圖4所示。包括第一濾波電容Cu和第二濾波電容Cije相串聯(lián)后并聯(lián)在第一電源V1的正負輸出端，由第 一開關(guān)管込和第二開關(guān)管仏串聯(lián)后組成的逆變橋臂正向并聯(lián)在第一電源V1正負輸出端；變壓器原邊繞組的一端與第一濾波電容C11和第二濾波電容C1 2的串聯(lián)點相連，變壓器原邊繞組的另一端與逆變橋臂的中點相連，第二電源V2的正輸出端連接第三濾波電容(2的一端，第二電源V2的負輸出端連接第三濾波電容C2的另一端，第一二極管仏、第二二極管久、第三二極管久、第四二極管仏組成橋式整流電路，單刀雙擲開關(guān)幻的b端口與橋式整流電路的正輸出端相連，a端口與濾波電感L的一端相連，c端口與變壓器副邊繞組的中點相連，濾波電感L的另一端與第二電源V2的正輸出端相連，橋式整流電路的負輸出端與第二電源V2的負輸出端相連，第五開關(guān)管込和第五二極管久串聯(lián)后并在第二二極管久兩端，第六開關(guān)管弘和第六二極管凡串聯(lián)后并在第四二極管A兩端。本實用新型的電壓型諧振全橋非對稱雙向直流變換器電路示意圖如圖5所示。包括第一電源％的正輸出端連接第一濾波電容C1的一端,第一電源V1的負輸出端連接第一濾波電容C1的另一端，由第一開關(guān)管0和第三開關(guān)管込串聯(lián)后組成的第一逆變橋臂正向并聯(lián)在第一電源V1正負輸出端；由第二開關(guān)管込和第四開關(guān)管A串聯(lián)后組成的第二逆變橋臂同樣正向并聯(lián)在第一電源V1正負輸出端，第一逆變橋臂的中點與諧振電感Lr的一端相連，諧振電感Lr的另一端與諧振電容Cr的一端相連，諧振電容Cr的另一端與變壓器原邊繞組的一端相連，變壓器原邊繞組的另一端與第二逆變橋臂中點相連，第二濾波電容C21和第三濾波電容C2 2相串聯(lián)后并聯(lián)在第二電源V2的正負輸出端，第一二極管仏、第二二極管久、第三二極管久、第四二極管A組成橋式整流電路，橋式整流電路的正輸出端與第二電源V2的正輸出端相連，橋式整流電路的負輸出端與第二電源V2的負輸出端相連，變壓器副邊繞組一端與第一二極管仏和第二二極管久的連結(jié)點相連，變壓器副邊繞組另一端與第三二極管久和第四二極管A的連結(jié)點相連，開關(guān)S2的一端與第三二極管久和第四二極管仏的連結(jié)點相連，開關(guān)S2的另一端與第二濾波電容C21和第三濾波電容C2 2的連結(jié)點相連，第五開關(guān)管仏和第五二極管久串聯(lián)后并在第二二極管久兩端，第七開關(guān)管A和第七二極管外串聯(lián)后并在第一二極管仏兩端。本實用新型的電壓型諧振半橋非對稱雙向直流變換器電路示意圖如圖6所示。包括第一濾波電容Cu和第二濾波電容Cije相串聯(lián)后并聯(lián)在第一電源V1的正負輸出端,第三濾波電容C2 2和第四濾波電容C2 2相串聯(lián)后并聯(lián)在第二電源V2的正負輸出端，由第二開關(guān)管込和第四開關(guān)管仏串聯(lián)后組成的逆變橋臂正向并聯(lián)在第一電源V1正負輸出端；第一濾波電容C11和第二濾波電容C1 2的連結(jié)點與諧振電感Lr的一端相連，諧振電感Lr的另一端與諧振電容Cr的一端相連，諧振電容Cr的另一端與變壓器原邊繞組的一端相連，變壓器原邊繞組的另一端與逆變橋臂中點相連，第一二極管仏、第二二極管久、第三二極管久、第四二極管仏組成橋式整流電路，橋式整流電路的正輸出端與第二電源V2的正輸出端相連，橋式整流電路的負輸出端與第二電源V2的負輸出端相連，變壓器副邊繞組一端與第一二極管仏和第二二極管久的連結(jié)點相連，變壓器副邊繞組另一端與第三二極管久和第四二極管A的連結(jié)點相連，單刀開關(guān)S2的一端與第三二極管久和第四二極管A的連結(jié)點相連，開關(guān)S2的另一端與第三濾波電容C21和第四濾波電容C2 2的連結(jié)點相連，第五開關(guān)管Q5和第五二極管久串聯(lián)后并在第二二極管久兩端，第七開關(guān)管A和第七二極管外串聯(lián)后并在第一二極管仏兩端。上述四種本實用新型的非對稱雙向直流變換器，當變壓器原邊的開關(guān)管處于開關(guān) 工作狀態(tài)時，變壓器副邊的開關(guān)管一直處于關(guān)斷狀態(tài)；而當變壓器副邊的開關(guān)管處于開關(guān)工作狀態(tài)時，變壓器原邊的開關(guān)管可以處于開關(guān)工作狀態(tài)時，也可以一直處于關(guān)斷狀態(tài)。以圖3為例，當能量由第一電源V1向第二電源V2傳輸時,開關(guān)管和開關(guān)管—直處于關(guān)斷狀態(tài)，單刀雙擲開關(guān)兄的a端口與b端口相連結(jié)，c端口懸空，則圖3為傳統(tǒng)的全橋變換器；當能量由第二電源V2向第一電源V1傳輸時,開關(guān)管0、開關(guān)管込、開關(guān)管Qz、開關(guān)管A —直處于關(guān)斷狀態(tài)，單刀雙擲開關(guān)兄的a端口與c端口相連結(jié)，b端口懸空，利用開關(guān)管0、開關(guān)管込、開關(guān)管込、開關(guān)管仏的內(nèi)在體二極管，則圖3為傳統(tǒng)的電流型推挽變換器；由于P2能量要遠低于P1，則開關(guān)管Q5和開關(guān)管仏可以選用電流定額很小的器件，與傳統(tǒng)的雙向直流變換器相比，本實用新型的雙向直流變換器應用于能量非對稱傳輸時，可以節(jié)約成本，且控制簡單。
權(quán)利要求1.一種非對稱雙向直流變換器,其特征在于，在變壓器原邊，第一開關(guān)管0和第三開關(guān)管込串聯(lián)后組成的第一逆變橋臂正向并聯(lián)在第一電源V1正負輸出端；第二開關(guān)管込和第四開關(guān)管A串聯(lián)后組成的第二逆變橋臂同樣正向并聯(lián)在第一電源V1正負輸出端，第一濾波電容C1的兩端分別接在第一電源V1正負輸出端，變壓器原邊繞組兩端分別接在第一逆變橋臂和第二逆變橋臂的中點； 在變壓器副邊，第一二極管仏、第二二極管久、第三二極管久、第四二極管仏組成橋式整流電路，單刀雙擲開關(guān)兄的b端口與橋式整流電路的正輸出端相連，a端口與濾波電感L的一端相連，c端口與變壓器副邊繞組的中點相連，濾波電感L的另一端與第二電源V2的正輸出端相連，橋式整流電路的負輸出端與第二電源V2的負輸出端相連，第五開關(guān)管Q5和第五二極管久串聯(lián)后并在第二二極管久兩端，第六開關(guān)管弘和第六二極管久串聯(lián)后并在第 四二極管仏兩端，第二濾波電容C2的兩端分別接在第二電源V2正負輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非對稱雙向直流變換器，其特征在于，在變壓器原邊，第二開關(guān)管込和第四開關(guān)管A串聯(lián)后組成的第二逆變橋臂同樣正向并聯(lián)在第一電源V1正負輸出端，第一濾波電容分為相串聯(lián)的原方第一濾波電容Cm和原方第二濾波電容q_2，相串聯(lián)后的兩端分別接在第一電源V1正負輸出端，變壓器原邊繞組兩端分別接在原方第一濾波電容C1^1與原方第二濾波電容(V2的中點以及第二逆變橋臂的中點。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非對稱雙向直流變換器，其特征在于，在變壓器原邊，變壓器原邊繞組的同相端與第一逆變橋臂之間連接一個由諧振電感Lr和諧振電容Cr串聯(lián)組成的諧振電路； 在變壓器副邊，第一二極管仏、第二二極管久、第三二極管久、第四二極管仏組成橋式整流電路，第二濾波電容分為相串聯(lián)的副方第一濾波電容Cp1、副方第二濾波電容C2_2，單刀開關(guān)的一端口與橋式整流電路中第三二極管久、第四二極管A的中點相連，單刀開關(guān)S2的另一端口接相串聯(lián)的副方第一濾波電容(V1、副方第二濾波電容c2_2的中點，橋式整流電路的負輸出端與第二電源V2的負輸出端相連，橋式整流電路的正輸出端與第二電源V2的正輸出端相連；第五開關(guān)管仏和第五二極管久串聯(lián)后并接在第二二極管久兩端，第七二極管外、第七開關(guān)管A串聯(lián)后并接在第一二極管仏的兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非對稱雙向直流變換器，其特征在于，在變壓器原邊，第二開關(guān)管込和第四開關(guān)管A串聯(lián)后組成的第二逆變橋臂同樣正向并聯(lián)在第一電源V1正負輸出端，第一濾波電容分為相串聯(lián)的原方第一濾波電容Cm和原方第二濾波電容q_2，相串聯(lián)后的兩端分別接在第一電源V1正負輸出端，變壓器原邊繞組的同相端通過一個由諧振電感Lr和諧振電容Cr串聯(lián)組成的諧振電路接在原方第一濾波電容CV1與原方第二濾波電容Cu的中點，變壓器原邊繞組的異相端接第二逆變橋臂的中點。
專利摘要本實用新型是一種非對稱雙向直流變換器，在變壓器原邊，第一開關(guān)管(Q1)和第三開關(guān)管(Q3)串聯(lián)后組成的第一逆變橋臂正向并聯(lián)在第一電源(V1)正負輸出端；第二開關(guān)管(Q2)和第四開關(guān)管(Q4)串聯(lián)后組成的第二逆變橋臂同樣正向并聯(lián)在第一電源(V1)正負輸出端，第一濾波電容(C1)的兩端分別接在第一電源(V1)正負輸出端，變壓器原邊繞組兩端分別接在第一逆變橋臂和第二逆變橋臂的中點；在變壓器副邊，由二極管組成橋式整流電路，第五開關(guān)管(Q5)和第五二極管(D5)串聯(lián)后并在第二二極管(D2)兩端，第六開關(guān)管(Q6)和第六二極管(D6)串聯(lián)后并在第四二極管(D4)兩端，第二濾波電容(C2)的兩端分別接在第二電源(V2)正負輸出端。特別適用于海上風力發(fā)電場合。
文檔編號H02M3/337GK202503443SQ201220094528
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者陳武 申請人:東南大學