本發(fā)明涉及一種多線圈單相變壓器的雙向高壓DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，尤其涉及的是一種中頻方波變壓器的高壓DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
高壓直流輸電和分布式電能利用技術(shù)的發(fā)展，多端直流電網(wǎng)是未來(lái)分布式輸配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。不同等級(jí)直流電網(wǎng)不存在兩個(gè)交流電網(wǎng)互聯(lián)必須滿足電壓的相位、頻率和幅值匹配條件，它是通過(guò)中頻變壓器隔離，采用DC/AC/中頻變壓器/AC/DC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直流電網(wǎng)的互聯(lián)，故障容錯(cuò)性好。正弦波中頻變壓器需要采用多電平移相控制技術(shù)，多電平控制電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常采用中性點(diǎn)二級(jí)管鉗位或飛跨電容均壓，以及H橋級(jí)聯(lián)方式，這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法都十分復(fù)雜，而且不同功率開(kāi)關(guān)管的通斷電流大小和時(shí)間長(zhǎng)短都不均衡，造成功率開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管的損耗發(fā)熱不一樣，容易造成有些器件熱老化嚴(yán)重，影響系統(tǒng)可靠性。傳統(tǒng)多電平拓?fù)溆捎诠β书_(kāi)關(guān)管串聯(lián)后再控制變壓器繞組，用于中頻方波變壓器驅(qū)動(dòng)則不僅要求功率開(kāi)關(guān)管同步觸發(fā)一致性好，而且短時(shí)同步觸發(fā)導(dǎo)通后，變壓器承受全部直流電源電壓，電壓時(shí)間變化率du/dt很高，引起不可忽略的變壓器分布電容充電電流和繞組電位分布不均勻的波過(guò)程等問(wèn)題。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為：103178742A(申請(qǐng)?zhí)枮?01310088405.0)，發(fā)明名稱為：一種組合式雙向DC/AC變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該發(fā)明專利的拓?fù)溆上嗤娜嚯娐方M成，每一相由隔離半橋DC/DC變流器和級(jí)聯(lián)式H橋DC/AC變流器組合而成，隔離半橋DC/DC變流器的輸出并聯(lián)第一電容器(C1)后作為級(jí)聯(lián)式DC/AC變流器單級(jí)H橋的輸入，每一級(jí)H橋均與獨(dú)立的隔離半橋DC/DC變流器相連。該專利采用多個(gè)隔離變壓器，每個(gè)變壓器輸入側(cè)和輸出側(cè)各相是獨(dú)立半橋控制單元，只是輸出側(cè)各相經(jīng)過(guò)半橋控制單元形成的直流電壓又經(jīng)過(guò)H橋控制單元逆變成交流輸出，而且將這些H橋控制單元的輸出串聯(lián)形成多電平交流輸出。由于每個(gè)隔離變壓器前后采用半橋DC/DC變流器，多變壓器系統(tǒng)效率低，系統(tǒng)三相輸入單個(gè)半橋控制單元耐壓低，不適用于高壓直流輸入，另外輸出雖然經(jīng)過(guò)H橋控制單元串聯(lián)可以形成高壓，但輸出控單元功率開(kāi)關(guān)管數(shù)量較多，也不適合高壓直流輸電。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種多線圈單相中頻方波變壓器的雙向高壓DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用模塊化半橋控制結(jié)構(gòu)，能夠有效地改善中頻變壓器繞組功率流的雙向控制過(guò)程中電壓和電流的時(shí)間變化率，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器電壓的均衡，控制靈活，可以有效避免功率控制器件觸發(fā)導(dǎo)通不同步引起的功率器件承受不可控電壓?jiǎn)栴}。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種多線圈單相中頻方波變壓器的高壓DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括：控制器以及與之連接的濾波電感，其中：控制器采用多級(jí)半橋控制單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個(gè)半橋控制單元由兩條并聯(lián)支路組成，其中一條支路由包含反并聯(lián)續(xù)流二極管的兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管串聯(lián)電路，另一條支路是兩個(gè)電容器串聯(lián)電路，兩條支路的中間點(diǎn)分別連接變壓器繞組的一個(gè)線圈；所述變壓器繞組采用多線圈結(jié)構(gòu)，每個(gè)線圈單獨(dú)引線到控制器；所述變壓器同一繞組的多個(gè)線圈分為兩組，每一組中的每個(gè)線圈分別與對(duì)應(yīng)的半橋控制單元連接，其中線圈的同名端方向一致，將變壓器同一繞組每組線圈的半橋控制單元順極性串聯(lián)起來(lái)，組成兩組高壓繞組控制拓?fù)渑c/或兩組低壓繞組控制拓?fù)?；所述變壓器同一繞組的兩組控制拓?fù)浣?jīng)濾波電感分隔后順極性串聯(lián)，組成變壓器同一繞組的控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與直流電源連接。優(yōu)先的，所述變壓器的高、低壓繞組線圈依次排列，共享一個(gè)殼式磁芯磁路，將所述高、低壓繞組線圈按照同一繞向各分為兩組，各組按照低壓、高壓繞組線圈依次排列，兩組高壓繞組線圈夾在兩組低壓繞組線圈中間，相鄰線圈之間用絕緣板隔開(kāi)；上述線圈引線加絕緣陶瓷管后依次引出，并標(biāo)記同名端。優(yōu)先的，所述半橋控制單元中：兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管串聯(lián)形成三個(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)P1，P2和P3，兩個(gè)同規(guī)格電容器串聯(lián)形成三個(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)Q1，Q2和Q3，所述聯(lián)結(jié)點(diǎn)P1與Q1連接引出正極S1+，所述聯(lián)結(jié)點(diǎn)P3與Q3連接引出負(fù)極S1-，所述聯(lián)結(jié)點(diǎn)P2與線圈同名端連接，聯(lián)結(jié)點(diǎn)Q2與線圈另一端連接。優(yōu)先的，所述控制功率可以雙向流動(dòng)。優(yōu)先的，所述功率開(kāi)關(guān)管控制不存在同步觸發(fā)非一致性引起的管壓降不可控性問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)零電流導(dǎo)通。優(yōu)選的，所述功率控制過(guò)程中，各個(gè)電容器電壓能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均衡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：第一，采用半橋控制器拓?fù)浼?jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，不需要鉗位二極管或飛跨電容。第二，高、低壓繞組的線圈繞制在同一磁芯上，每個(gè)線圈獨(dú)立控制，每個(gè)線圈承受直流電壓低，承受的電壓時(shí)間變化率小且基本一致，可有效地削弱全壓繞組分布電容充電電流大而電位分布不均的波過(guò)程。第三，功率開(kāi)關(guān)管也不存在同步觸發(fā)差異性引起的管壓降不可控問(wèn)題，不需要軟開(kāi)關(guān)技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)零電流導(dǎo)通。第四，線圈相互耦合可以實(shí)現(xiàn)各直流電容電壓的自動(dòng)均衡，通過(guò)中間濾波電感可以有效限制直流電容的充電電流和對(duì)電源的紋波電流。附圖說(shuō)明通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中的雙向高壓DC/DC控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中多線圈單相中頻方波變壓器線圈同名端排列示意圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中多線圈單相中頻方波變壓器模塊控制結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中變壓器一個(gè)線圈半橋控制控制單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖中：1-直流電源，2-半橋控制器單元，3-濾波電感，4-功率開(kāi)關(guān)管，5-變壓器線圈，6-電容器。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例要解決的問(wèn)題是，找到一種非嚴(yán)格同步觸發(fā)，模塊化結(jié)構(gòu)，具有自動(dòng)零電流導(dǎo)通和直流電容器均壓功能的中頻方波變壓器高壓DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有效地降低電壓和電流及其時(shí)間變化應(yīng)力。如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例中的多線圈單相中頻方波變壓器的雙向高壓DC/DC控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：控制器以及與之連接的濾波電感3，其中：控制器采用多級(jí)半橋控制單元2串聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個(gè)半橋控制單元2由兩條并聯(lián)支路組成，其中一條支路由包含反并聯(lián)續(xù)流二極管的兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管4串聯(lián)電路，另一條支路是兩個(gè)電容器6串聯(lián)電路，兩條支路的中間點(diǎn)分別連接變壓器繞組的一個(gè)線圈5；所述變壓器繞組采用多線圈結(jié)構(gòu)，每個(gè)線圈5單獨(dú)引線到外部的控制器；所述變壓器同一繞組的多個(gè)線圈分為兩組，每一組中的每個(gè)線圈5分別與對(duì)應(yīng)的半橋控制單元連接，其中線圈5的同名端方向一致，將變壓器同一繞組每組線圈的半橋控制單元順極性串聯(lián)起來(lái)，組成兩組高壓繞組控制拓?fù)渑c/或兩組低壓繞組控制拓?fù)?；所述變壓器同一繞組的兩組控制拓?fù)浣?jīng)濾波電感3分隔后順極性串聯(lián)，組成變壓器同一繞組的控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與直流電源1連接。本實(shí)施例中，變壓器繞組各線圈繞制在同一磁芯，同名端方向一致，引出線分別連接到帶串聯(lián)濾波電感的、由半橋控制單元組成的高壓DC/DC控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體操作如下：(1)置備高、低壓繞組線圈，將所述線圈按照同一繞向各分為兩組，所述各組按照低壓、高壓線圈依次排列，兩組高壓線圈夾在兩組低壓線圈中間，相鄰線圈之間用絕緣板隔開(kāi)，所述絕緣板同組線圈之間2-3mm厚，不同組之間10-15mm厚；(2)將上述線圈引線加絕緣陶瓷管后依次引出，并標(biāo)記同名端，如附圖1所示。(3)將兩個(gè)分別包含反并聯(lián)續(xù)流二極管的功率開(kāi)關(guān)管串聯(lián)，形成三個(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)P1，P2和P3，將兩個(gè)同規(guī)格電容器串聯(lián)，形成三個(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)Q1，Q2和Q3，分別將P1與Q1連接引出正極S1+，P3與Q3連接引出負(fù)極S1-，分別將P2與線圈同名端連接，Q2與線圈另一端連接，如附圖4所示。(4)將同一繞組的半橋依次順極性串聯(lián)，中間串聯(lián)濾波電感，形成正負(fù)兩極接直流電源，這時(shí)所有功率開(kāi)關(guān)管不導(dǎo)通，直流電源對(duì)串聯(lián)電容器充電，濾波電感起到限制充電電流的作用，如附圖4所示。本實(shí)施例中頻方波變壓器高壓繞組50kV分為46個(gè)線圈，低壓繞組5kV也分為4個(gè)線圈，每個(gè)繞組采用模塊化半橋控制器級(jí)聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。附圖1畫(huà)出了10個(gè)單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，圖2畫(huà)出了變壓器一次10個(gè)與二次8個(gè)線圈的同名端關(guān)系，一般形式的模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如附圖3所示，附圖4是單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括電力電子器件、均壓電容器和線圈，每個(gè)單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同。本發(fā)明多線圈單相中頻方波變壓器的高壓DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是對(duì)每個(gè)線圈單獨(dú)控制，采用半橋控制器拓?fù)浼?jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，不僅可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，而且可以使每個(gè)線圈承受直流電壓低，承受的電壓時(shí)間變化率小且基本一致，可有效地削弱全壓繞組分布電容器充電電流大而電位分布不均的波過(guò)程，功率開(kāi)關(guān)管也不存在同步觸發(fā)差異性引起的管壓降不可控問(wèn)題，不需要軟開(kāi)關(guān)技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)零電流導(dǎo)通，直流電容器電壓能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均衡等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)中間濾波電感可以有效限制直流電容器并聯(lián)到直流電源的充電電流和對(duì)電源的紋波電流。綜上，本發(fā)明能夠有效地改善功率器件電壓和電流應(yīng)力，能實(shí)現(xiàn)高于變壓器電壓的直流母線電壓變換，控制過(guò)程中由于線圈相互耦合能自動(dòng)分配線圈電流，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電容電壓的均衡。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。