CN109698626A - 一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器及其控制方法 - Google Patents

一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器及其控制方法，该直流变压器包括N个输入串联输出并联的DC‑DC变换器模块，N为大于等于2的整数，N个DC‑DC变换器模块包括1个DAB变换器模块和N‑1个LC串联谐振变换器模块；LC串联谐振变换器模块作为整个变换器的主功率传输模块，DAB变换器模块作为副功率传输模块和输出功率控制模块；DAB变换器模块和LC串联谐振变换器模块的输入端串联接入中压直流端，输出端并联后接在低压直流端，每个变换器模块均有独立的控制环路，变换器模块之间无互联线，实现每个模块的独立控制。本发明实现了直流变压器高效率且功率可调。

Description

一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流 变压器及其控制方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，特别是涉及的一种适用于中压直流配电网的新型组合式输入串联输出并联(ISOP)直流变压器及其控制方法。
背景技术
作为电力电子集成技术的重要分支，多变换器串并联***一直是近年来研究的热点。由于多模块串并联***具有降低开发难度、方便扩容、实现***冗余、可靠性高等优点，其广泛运用于分布式发电、电力电子变压器及不间断电源等***中。对于多变换器串并联***，不同串并联组合方式的***应用于不同的场合。以ISOP***为例，其适用于高电压输入，大电流输出的场合。例如城市轨道交通、电气化铁路以及船舶供电***中的大功率直流开关电源。
目前直流变压器的拓扑有两大类：由LC谐振变换器串并联而成的LC谐振型直流变压器和由DAB变换器串并联而成的DAB型直流变压器。对于LC谐振型直流变压器而言，开环工作在谐振点时，不具备输出电压、功率控制能力，但由于其零电流开关的特点，其开关损耗较低，所以变换器效率较高；对于DAB型直流变压器而言，其通过控制移相角的方向和大小能够有效地控制变换器的输出电压或输出功率，但由于其只能保证功率较大时开关管零电压开通，所以变换器效率不如LC谐振变换器。
发明内容
发明目的：本发明针对LC谐振型直流变压器开环工作在谐振点时电压、功率不可控，但效率高；而DAB型直流变压器闭环工作电压、功率可调，但效率较低的特点；提供一种适用于中压直流配电网的新型组合式输入串联输出并联(ISOP)直流变压器及其控制方法，其通过将两种变换器相互结合，并通过适当的参数设计，能够将上述两种直流变换器的优势结合，实现组合式直流变压器的高效率且功率可调。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器，包括N个输入串联输出并联的DC-DC变换器模块，N为大于等于2的整数，N个DC-DC变换器模块包括1个DAB变换器模块和N-1个LC串联谐振变换器模块，其中，LC串联谐振变换器模块作为整个变换器的主功率传输模块，DAB变换器模块作为副功率传输模块和输出功率控制模块；DAB变换器模块和LC串联谐振变换器模块的输入端串联接入中压直流端，输出端并联后接在负载的两侧，每个变换器模块均有独立的控制环路，变换器模块之间无互联线，实现每个模块的独立控制。
可选的，LC串联谐振变换器模块包括输入分压电容Cdi、变换器原边、变换器副边以及输出电容Coi，变换器原边的输入端并联于相应的输入分压电容Cdi的两端，变换器原边与变换器副边通过磁路耦合连接，变换器副边的输出端并联于输出电容Coi的两端，然后并联于低压直流端，i＝1,2,…,N-1。
可选的，LC串联谐振变换器模块原边和副边均为一全桥电路，其中变换器原边全桥电路包括：第一开关管Qi1、第二开关管Qi2、第三开关管Qi3、第四开关管Qi4，原边谐振电感Lri、原边谐振电容Cri和原边绕组，第一开关管至第四开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于原边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点经过原边谐振电感Lri与原边绕组同名端连接，第二桥臂中点经原边谐振电容Cri与原边绕组另一端连接；
变换器副边全桥电路包括：第五开关管Qi5、第六开关管Qi6、第七开关管Qi7、第八开关管Qi8和副边绕组，第五开关管至第八开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于变换器副边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点与副边绕组同名端连接，第二桥臂中点与副边绕组另一端连接；i＝1,2,…,N-1。
可选的，LC串联谐振变换器模块第一开关管Qi1和第二开关管Qi2的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第三开关管Qi3和第四开关管Qi4驱动波形互补且占空比均为固定50％，第一开关管Qi1和第四开关管Qi4驱动波形相同，第二开关管Qi2驱动和第三开关管Qi3驱动波形相同；
第五开关管Qi5和第六开关管Qi6的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第七开关管Qi7和第八开关管Qi8驱动波形互补且占空比均为固定50％，第五开关管Qi5和第八开关管Qi8驱动波形相同，第六开关管Qi6驱动和第七开关管Qi7驱动波形相同；
第一开关管Qi1的驱动波形和第五开关管Qi5的驱动波形也是相同的；开关管的开关频率和谐振腔的谐振频率相同，为
可选的，DAB变换器模块包括输入分压电容CdN、DAB变换器原边、DAB变换器副边以及输出电容CoN，DAB变换器原边的输入端并联于相应的输入分压电容CdN的两端，DAB变换器原边与DAB变换器副边通过磁路耦合连接，DAB变换器副边的输出端并联于输出电容CoN的两端，然后并联于低压直流端。
可选的，DAB变换器原边和副边均为一全桥电路，其中DAB变换器原边全桥电路包括：第一开关管QN1、第二开关管QN2、第三开关管QN3、第四开关管QN4，原边电感LsN和原边绕组，第一开关管至第四开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于DAB变换器原边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点经过原边电感LsN与原边绕组同名端连接，第二桥臂中点与原边绕组另一端连接；
DAB变换器副边全桥电路包括：第五开关管QN5、第六开关管QN6、第七开关管QN7、第八开关管QN8和副边绕组，第五开关管至第八开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于DAB变换器副边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点与副边绕组同名端连接，第二桥臂中点与副边绕组另一端连接。
可选的，DAB变换器模块第一开关管QN1和第二开关管QN2的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第三开关管QN3和第四开关管QN4驱动波形互补且占空比均为固定50％，第一开关管QN1和第四开关管QN4驱动波形相同，第二开关管QN2驱动和第三开关管QN3驱动波形相同；
第五开关管QN5和第六开关管QN6的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第七开关管QN7和第八开关管QN8驱动波形互补且占空比均为固定50％，第五开关管QN5和第八开关管QN8驱动波形相同，第六开关管QN6驱动和第七开关管QN7驱动波形相同；
第一开关管QN1的驱动波形和第五开关管QN5的驱动波形之间存在一个移相角，通过对移相角大小的调节控制整个直流变压器功率的传输方向和大小。
本发明还提供了一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联(ISOP)直流变压器的控制方法，包括以下步骤：
(1)设置第1～N-1个LC谐振变换器模块中各开关管的开关频率，获得LC谐振变换器模块的驱动信号，使得LC谐振变换器模块采用50％占空比开环控制方式；
(2)设置第N个DAB变换器模块中各开关管的开关频率与LC谐振变换器模块中各开关管的开关频率相同，获得DAB变换器模块的驱动信号，使得DAB变换器模块采用单移相控制方式；
(3)ISOP直流变压器功率控制
首先采样ISOP直流变压器的输出电压，然后与参考电压做差，该差值依次通过一个PI调节器和一个限幅器，则得到DAB变换器模块移相角的大小；最后将得到的移相角的大小反馈给DAB变换器模块控制组合式直流变压器功率输出。
进一步的，步骤(2)具体为：DAB变换器模块的第一开关管QN1和第二开关管QN2的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第三开关管QN3和第四开关管QN4驱动波形互补且占空比均为固定50％，第一开关管QN1和第四开关管QN4驱动波形相同，第二开关管QN2驱动和第三开关管QN3驱动波形相同；
第五开关管QN5和第六开关管QN6的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第七开关管QN7和第八开关管QN8驱动波形互补且占空比均为固定50％，第五开关管QN5和第八开关管QN8驱动波形相同，第六开关管QN6驱动和第七开关管QN7驱动波形相同；
第一开关管QN1的驱动波形和第五开关管QN5的驱动波形之间存在一个移相角。
进一步的，步骤(3)具体为：
设移相角为若不计变换器损耗，根据DAB变换器模块单移相控制策略下功率计算公式，得出：
其中，PN1为DAB变换器模块输入功率，PN2为DAB变换器的输出功率，VN为DAB变换器模块输入电压，Vo为变压器输出电压，fs为开关频率，KN为DAB变换器变压器变比，Ls为DAB变换器模块原边电感；
则DAB变换器模块的输入电流IN为：
根据ISOP直流变压器的均压均流特性，***在稳定状态下，每个LC谐振变换器模块和DAB变换器模块的输入电流均等于ISOP直流变压器输入电流，即：
I1＝I2＝…IN-1＝IN＝Iin (3)；
其中，I1…IN-1分别为N-1个LC谐振变换器模块的输入电流，Iin为ISOP直流变压器输入电流；
所以，若不计变换器损耗，ISOP直流变压器的总输入、输出功率为：
其中，Pin为ISOP直流变压器的输入功率，Po为ISOP直流变压器的输出功率，Vin为ISOP直流变压器的输入电压，Vo为ISOP直流变压器的输出电压。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)效率高且功率可调；2)该技术方案中，所有开关管驱动都为固定占空比50％，只需通过采样输出电压或者输出功率进行PI调节获取移相角大小，控制方法简单易实现；3)模块间无互联线，模块化程度高；4)该技术方案成本较低，便于进一步的推广应用。
附图说明
图1为ISOP直流变压器***主电路原理图；
图2为三模块组成的ISOP直流变压器***主电路原理图；
图3为本发明中LC谐振变换器模块典型驱动；
图4为本发明中DAB变换器模块典型驱动；
图5为LC谐振变换器模块的主要工作波形；
图6为DAB变换器模块的主要工作波形；
图7为ISOP直流变压器***输出功率随移相角大小变化曲线；
图8和图9分别为不同移相角下***的输出电压和输出电流波形。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作更进一步的说明。
以下所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
如图1所示，一种适用于中压直流配电网的新型组合式输入串联输出并联(ISOP)直流变压器，包括：N个输入串联输出并联的DC-DC变换器模块，N为大于等于2的整数，N个DC-DC变换器模块包括1个DAB变换器模块和N-1个LC串联谐振变换器模块，其中，LC串联谐振变换器模块作为整个变换器的主功率传输模块，DAB变换器模块作为副功率传输模块和输出功率控制模块；DAB变换器模块和LC串联谐振变换器模块的输入端串联接入中压直流端，输出端并联后接在负载的两侧，每个变换器模块均有独立的控制环路，变换器模块之间无互联线，实现每个模块的独立控制。
LC串联谐振变换器模块包括输入分压电容Cdi、变换器原边、变换器副边以及输出电容Coi，变换器原边的输入端并联于相应的输入分压电容Cdi的两端，变换器原边与变换器副边通过磁路耦合连接，变换器副边的输出端并联于输出电容Coi的两端，然后并联于低压直流端。其中，LC串联谐振变换器模块原边和副边均为一全桥电路，其中LC串联谐振变换器原边全桥电路包括：第一开关管Qi1、第二开关管Qi2、第三开关管Qi3、第四开关管Qi4，原边谐振电感Lri、原边谐振电容Cri和原边绕组，第一开关管至第四开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于原边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点经过原边电感Lri与原边绕组同名端连接，第二桥臂中点经原边电容Cri与原边绕组另一端连接。LC串联谐振变换器模块变换器副边全桥电路包括：第五开关管Qi5、第六开关管Qi6、第七开关管Qi7、第八开关管Qi8和副边绕组，第五开关管至第八开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于变换器副边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点与副边绕组同名端连接，第二桥臂中点与副边绕组另一端连接；i＝1,2,…,N-1。
LC谐振变换器模块的第一开关管Qi1和第二开关管Qi2的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第三开关管Qi3和第四开关管Qi4驱动波形互补且占空比均为固定50％，第一开关管Qi1和第四开关管Qi4驱动波形相同，第二开关管Qi2驱动和第三开关管Qi3驱动波形相同；第五开关管Qi5和第六开关管Qi6的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第七开关管Qi7和第八开关管Qi8驱动波形互补且占空比均为固定50％，第五开关管Qi5和第八开关管Qi8驱动波形相同，第六开关管Qi6驱动和第七开关管Qi7驱动波形相同；第一开关管Qi1的驱动波形和第五开关管Qi5的驱动波形也是相同的；开关管的开关频率和谐振腔的谐振频率相同，为
DAB变换器模块包括输入分压电容CdN、DAB变换器原边、DAB变换器副边以及输出电容CoN，DAB变换器原边的输入端并联于相应的输入分压电容CdN的两端，DAB变换器原边与DAB变换器副边通过磁路耦合连接，DAB变换器副边的输出端并联于输出电容CoN的两端，然后并联于低压直流端。
其中，DAB变换器原边和副边均为一全桥电路，其中DAB变换器原边全桥电路包括：第一开关管QN1、第二开关管QN2、第三开关管QN3、第四开关管QN4，原边电感LsN和原边绕组，第一开关管至第四开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于原边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点经过原边电感LsN与原边绕组同名端连接，第二桥臂中点与原边绕组另一端连接。DAB变换器副边全桥电路包括：第五开关管QN5、第六开关管QN6、第七开关管QN7、第八开关管QN8和副边绕组，第五开关管至第八开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于DAB变换器副边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点与副边绕组同名端连接，第二桥臂中点与副边绕组另一端连接。
DAB变换器模块第一开关管QN1和第二开关管QN2的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第三开关管QN3和第四开关管QN4驱动波形互补且占空比均为固定50％，第一开关管QN1和第四开关管QN4驱动波形相同，第二开关管QN2驱动和第三开关管QN3驱动波形相同；第五开关管QN5和第六开关管QN6的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第七开关管QN7和第八开关管QN8驱动波形互补且占空比均为固定50％，第五开关管QN5和第八开关管QN8驱动波形相同，第六开关管QN6驱动和第七开关管QN7驱动波形相同；第一开关管QN1的驱动波形和第五开关管QN5的驱动波形之间存在一个移相角，通过对移相角大小的调节控制整个直流变压器功率的传输方向和大小。其调节过程为首先采样本发明的输出电压，然后与参考电压做差，该差值依次通过一个PI调节器和一个限幅器即可得到该变换器移相角的大小。该移相角会随着负载和参考电压的变化而变化，从而实现对整个变换器功率的控制。
一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联(ISOP)直流变压器的控制方法，包括以下步骤：
(1)设置第1～N-1个LC谐振变换器模块中各开关管的开关频率，获得LC谐振变换器模块的驱动信号，使得LC谐振变换器模块采用50％占空比开环控制方式；具体为：
LC谐振变换器模块第一开关管Qi1和第二开关管Qi2的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第三开关管Qi3和第四开关管Qi4驱动波形互补且占空比均为固定50％，第一开关管Qi1和第四开关管Qi4驱动波形相同，第二开关管Qi2驱动和第三开关管Qi3驱动波形相同；第五开关管Qi5和第六开关管Qi6的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第七开关管Qi7和第八开关管Qi8驱动波形互补且占空比均为固定50％，第五开关管Qi5和第八开关管Qi8驱动波形相同，第六开关管Qi6驱动和第七开关管Qi7驱动波形相同；第一开关管Qi1的驱动波形和第五开关管Qi5的驱动波形也是相同的；开关管的开关频率和谐振腔的谐振频率相同，为
(2)设置第N个DAB变换器模块中各开关管的开关频率与LC谐振变换器模块中各开关管的开关频率相同，获得DAB变换器模块的驱动信号，使得DAB变换器模块采用单移相控制方式；具体为：
DAB变换器模块的第一开关管QN1和第二开关管QN2的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第三开关管QN3和第四开关管QN4驱动波形互补且占空比均为固定50％，第一开关管QN1和第四开关管QN4驱动波形相同，第二开关管QN2驱动和第三开关管QN3驱动波形相同；第五开关管QN5和第六开关管QN6的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第七开关管QN7和第八开关管QN8驱动波形互补且占空比均为固定50％，第五开关管QN5和第八开关管QN8驱动波形相同，第六开关管QN6驱动和第七开关管QN7驱动波形相同；第一开关管QN1的驱动波形和第五开关管QN5的驱动波形之间存在一个移相角。
(3)ISOP直流变压器功率控制
首先采样ISOP直流变压器的输出电压，然后与参考电压做差，该差值依次通过一个PI调节器和一个限幅器，则得到DAB变换器模块移相角的大小；最后将得到的移相角的大小反馈给DAB变换器模块以控制变压器功率输出。具体为：
设移相角为若不计损耗，根据DAB变换器模块单移相控制策略下功率计算公式，得出：
其中，PN1为DAB变换器模块输入功率，PN2为DAB变换器模块输出功率，VN为DAB变换器模块输入电压，Vo为变压器输出电压，fs为开关频率，KN为DAB变换器变压器变比，Ls为DAB变换器模块原边电感；
则DAB变换器模块的输入电流IN为：
根据ISOP直流变压器的均压均流特性，***在稳定状态下，每个LC谐振变换器模块和DAB变换器模块的输入电流均等于ISOP直流变压器输入电流，即：
I1＝I2＝…IN-1＝IN＝Iin (3)；
其中，I1…IN-1分别为N-1个LC谐振变换器模块的输入电流，Iin为ISOP直流变压器输入电流；
所以，ISOP直流变压器的总输入功率为：
其中，Pin为ISOP直流变压器的输入功率，Po为ISOP直流变压器的输出功率，Vin为ISOP直流变压器的输入电压，Vo为ISOP直流变压器的输出电压。
实施例：
下面以三个模块组成的ISOP直流变压器(如图2所示)为例，并结合仿真结果来阐述本发明的技术方案的工作原理。仿真参数如下：
仿***要参数
图2中，第一模块和第二模块均为LC谐振变换器模块，第三模块为DAB变换器模块，参见图3和图4控制方式，按照前面提出的控制方法给出变换器的驱动信号，即LC谐振变换器采用50％占空比开环控制方式，DAB变换器模块采用单移相控制方式。图5和图6分别给出了对应驱动信号下，LC谐振变换器模块和DAB谐振变换器模块的主要工作波形。
通过改变DAB模块的移相角来控制传输功率的大小和方向，设移相角为若不计损耗，根据DAB变换器单移相控制策略下功率计算公式可以得出：
其中，P31为DAB变换器模块输入功率，P32为DAB变换器模块输出功率，V3为DAB变换器模块输入电压，Vo为变压器输出电压，fs为开关频率，K3为DAB变换器变压器变比，Ls为DAB变换器模块原边电感。
则第3模块(即DAB变换器模块)的输入电流I3为：
根据ISOP直流变压器的均压均流特性，***在稳定状态下，每个LC谐振变换器模块和DAB变换器模块的输入电流均等于ISOP直流变压器输入电流，即：
I1＝I2＝I3＝Iin (3)；
其中，I1,I2分别为2个LC谐振变换器模块的输入电流，Iin为ISOP直流变压器输入电流；
所以，ISOP直流变压器的总输入功率为：
其中，Pin为ISOP直流变压器的输入功率，Po为ISOP直流变压器的输出功率，Vin为ISOP直流变压器的输入电压，Vo为ISOP直流变压器的输出电压。
如式(4)，当***硬件参数设计完毕之后，只有移相角一个参数在变化，所以该变换器的功率传输曲线如图7所示。
图8和图9分别给出了不同移相角下，***的输出电压和输出电流波形。可以看出在输出电压不变的情况下，通过调节DAB变换器移相角的大小，能够有效调节***的输出电流的大小，从而调节***的输出功率。
总之，本发明的一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联(inputseries output parallel，ISOP)直流变压器及其控制方法。该直流变压器包括一个DAB变换器模块和多个LC谐振变换器模块，其中DAB工作在单移相模式下，实现零电压开通，LC谐振电路工作在谐振频率下，实现零电流开关。基于LC谐振变换器的变压器副边与原边的匝比显著小于DAB变换器的变压器副边与原边的匝比，可实现DAB传输较小的功率，而利用LC谐振变换器传输剩余大部分功率。本发明融合了DAB功率可调和LC谐振电路效率高的特点，从而实现了直流变压器高效率且功率可调。

Claims (10)

1.一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器，其特征在于：包括N个输入串联输出并联的DC-DC变换器模块，N为大于等于2的整数，N个DC-DC变换器模块包括1个DAB变换器模块和N-1个LC串联谐振变换器模块，其中，LC串联谐振变换器模块作为整个变换器的主功率传输模块，DAB变换器模块作为副功率传输模块和输出功率控制模块；DAB变换器模块和LC串联谐振变换器模块的输入端串联接入中压直流端，输出端并联后接在负载的两侧，每个变换器模块均有独立的控制环路，变换器模块之间无互联线，实现每个模块的独立控制。
2.根据权利要求1所述的一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器，其特征在于：LC串联谐振变换器模块包括输入分压电容Cdi、变换器原边、变换器副边以及输出电容Coi，变换器原边的输入端并联于相应的输入分压电容Cdi的两端，变换器原边与变换器副边通过磁路耦合连接，变换器副边的输出端并联于输出电容Coi的两端，然后并联于低压直流端，i＝1,2,…,N-1。
3.根据权利要求2所述的一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器，其特征在于：LC串联谐振变换器模块原边和副边均为一全桥电路，其中变换器原边全桥电路包括：第一开关管Qi1、第二开关管Qi2、第三开关管Qi3、第四开关管Qi4，原边谐振电感Lri、原边谐振电容Cri和原边绕组，第一开关管至第四开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于原边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点经过原边谐振电感Lri与原边绕组同名端连接，第二桥臂中点经原边谐振电容Cri与原边绕组另一端连接；
变换器副边全桥电路包括：第五开关管Qi5、第六开关管Qi6、第七开关管Qi7、第八开关管Qi8和副边绕组，第五开关管至第八开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于变换器副边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点与副边绕组同名端连接，第二桥臂中点与副边绕组另一端连接；i＝1,2,…,N-1。
4.根据权利要求3所述的一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器，其特征在于：LC串联谐振变换器模块第一开关管Qi1和第二开关管Qi2的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第三开关管Qi3和第四开关管Qi4驱动波形互补且占空比均为固定50％，第一开关管Qi1和第四开关管Qi4驱动波形相同，第二开关管Qi2驱动和第三开关管Qi3驱动波形相同；
第五开关管Qi5和第六开关管Qi6的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第七开关管Qi7和第八开关管Qi8驱动波形互补且占空比均为固定50％，第五开关管Qi5和第八开关管Qi8驱动波形相同，第六开关管Qi6驱动和第七开关管Qi7驱动波形相同；
第一开关管Qi1的驱动波形和第五开关管Qi5的驱动波形也是相同的；开关管的开关频率和谐振腔的谐振频率相同，为
5.根据权利要求1所述的一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器，其特征在于：DAB变换器模块包括输入分压电容CdN、DAB变换器原边、DAB变换器副边以及输出电容CoN，DAB变换器原边的输入端并联于相应的输入分压电容CdN的两端，DAB变换器原边与DAB变换器副边通过磁路耦合连接，DAB变换器副边的输出端并联于输出电容CoN的两端，然后并联于低压直流端。
6.根据权利要求5所述的一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器，其特征在于：DAB变换器原边和副边均为一全桥电路，其中DAB变换器原边全桥电路包括：第一开关管QN1、第二开关管QN2、第三开关管QN3、第四开关管QN4，原边电感LsN和原边绕组，第一开关管至第四开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于DAB变换器原边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点经过原边电感LsN与原边绕组同名端连接，第二桥臂中点与原边绕组另一端连接；
DAB变换器副边全桥电路包括：第五开关管QN5、第六开关管QN6、第七开关管QN7、第八开关管QN8和副边绕组，第五开关管至第八开关管均反并联一个二极管，然后分别设置于DAB变换器副边全桥电路的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂中点与副边绕组同名端连接，第二桥臂中点与副边绕组另一端连接。
7.根据权利要求6所述的一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器，其特征在于：DAB变换器模块第一开关管QN1和第二开关管QN2的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第三开关管QN3和第四开关管QN4驱动波形互补且占空比均为固定50％，第一开关管QN1和第四开关管QN4驱动波形相同，第二开关管QN2驱动和第三开关管QN3驱动波形相同；
第五开关管QN5和第六开关管QN6的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第七开关管QN7和第八开关管QN8驱动波形互补且占空比均为固定50％，第五开关管QN5和第八开关管QN8驱动波形相同，第六开关管QN6驱动和第七开关管QN7驱动波形相同；
第一开关管QN1的驱动波形和第五开关管QN5的驱动波形之间存在一个移相角，通过对移相角大小的调节控制整个直流变压器功率的传输方向和大小。
8.一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设置第1～N-1个LC谐振变换器模块中各开关管的开关频率，获得LC谐振变换器模块的驱动信号，使得LC谐振变换器模块采用50％占空比开环控制方式；
(2)设置第N个DAB变换器模块中各开关管的开关频率与LC谐振变换器模块中各开关管的开关频率相同，获得DAB变换器模块的驱动信号，使得DAB变换器模块采用单移相控制方式；
(3)ISOP直流变压器功率控制
首先采样ISOP直流变压器的输出电压，然后与参考电压做差，该差值依次通过一个PI调节器和一个限幅器，则得到DAB变换器模块移相角的大小；最后将得到的移相角的大小反馈给DAB变换器模块控制组合式直流变压器功率输出。
9.根据权利要求8所述的一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器的控制方法，其特征在于，步骤(2)具体为：DAB变换器模块的第一开关管QN1和第二开关管QN2的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第三开关管QN3和第四开关管QN4驱动波形互补且占空比均为固定50％，第一开关管QN1和第四开关管QN4驱动波形相同，第二开关管QN2驱动和第三开关管QN3驱动波形相同；
第五开关管QN5和第六开关管QN6的驱动波形互补且占空比均为固定50％，第七开关管QN7和第八开关管QN8驱动波形互补且占空比均为固定50％，第五开关管QN5和第八开关管QN8驱动波形相同，第六开关管QN6驱动和第七开关管QN7驱动波形相同；
第一开关管QN1的驱动波形和第五开关管QN5的驱动波形之间存在一个移相角。
10.根据权利要求8所述的一种适用于中压直流配电网的组合式输入串联输出并联直流变压器的控制方法，其特征在于，步骤(3)具体为：
设移相角为若不计变换器损耗，根据DAB变换器模块单移相控制策略下功率计算公式，得出：
其中，PN1为DAB变换器模块输入功率，PN2为DAB变换器的输出功率，VN为DAB变换器模块输入电压，Vo为变压器输出电压，fs为开关频率，KN为DAB变换器变压器变比，Ls为DAB变换器模块原边电感；
则DAB变换器模块的输入电流IN为：
根据ISOP直流变压器的均压均流特性，***在稳定状态下，每个LC谐振变换器模块和DAB变换器模块的输入电流均等于ISOP直流变压器输入电流，即：
I1＝I2＝…IN-1＝IN＝Iin (3)；
其中，I1…IN-1分别为N-1个LC谐振变换器模块的输入电流，Iin为ISOP直流变压器输入电流；
所以，若不计变换器损耗，ISOP直流变压器的总输入、输出功率为：
其中，Pin为ISOP直流变压器的输入功率，Po为ISOP直流变压器的输出功率，Vin为ISOP直流变压器的输入电压，Vo为ISOP直流变压器的输出电压。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110350797A (zh) * 2019-06-27 2019-10-18 西安交通大学 一种基于tab的真双极中低压变压器拓扑及其控制策略
CN110719035A (zh) * 2019-12-05 2020-01-21 中南大学 单级dab-llc混合型双向dc-dc变换器的拓扑结构
CN110912412A (zh) * 2019-12-03 2020-03-24 中国科学院电工研究所 一种直流变压器及其控制方法
CN111404388A (zh) * 2020-04-13 2020-07-10 剑桥大学南京科技创新中心有限公司 串联级联式开关变压器直流直流变换器及其工作方法
CN111614256A (zh) * 2020-04-29 2020-09-01 华为技术有限公司 一种非隔离dcdc谐振变换控制电路及控制方法
CN112542865A (zh) * 2020-10-28 2021-03-23 华为技术有限公司 一种电源***、电力电子电路及电池模块
CN112865550A (zh) * 2021-04-12 2021-05-28 中国矿业大学 一种输入并联输出串联的双有源桥变换器及其控制方法
CN112994468A (zh) * 2021-03-03 2021-06-18 国创移动能源创新中心(江苏)有限公司 一种直流充电模块输出串并联电路及其控制方法
CN113241950A (zh) * 2021-04-16 2021-08-10 国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司 一种并联型多支路变换器及控制方法
CN113726200A (zh) * 2020-05-26 2021-11-30 南京南瑞继保电气有限公司 电力电子变压器的控制架构及其控制方法
WO2022142898A1 (zh) * 2020-12-31 2022-07-07 华为技术有限公司 一种直流转换器、电子设备及该直流转换器的控制方法
WO2022236774A1 (zh) * 2021-05-13 2022-11-17 华为数字能源技术有限公司 谐振开关电容变换器及供电***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090289860A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Active magnetic antenna with ferrite core
CN107968571A (zh) * 2017-11-27 2018-04-27 浙江大学 一种双有源桥变换器三移相控制方法
CN208063055U (zh) * 2018-04-11 2018-11-06 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器
CN208063056U (zh) * 2018-04-11 2018-11-06 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合谐振型电路和双有源桥电路的双向直流变换器
WO2018213095A1 (en) * 2017-05-15 2018-11-22 Cummins Power Generation Ip, Inc. Systems and methods for self-adaptive current control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090289860A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Active magnetic antenna with ferrite core
WO2018213095A1 (en) * 2017-05-15 2018-11-22 Cummins Power Generation Ip, Inc. Systems and methods for self-adaptive current control
CN107968571A (zh) * 2017-11-27 2018-04-27 浙江大学 一种双有源桥变换器三移相控制方法
CN208063055U (zh) * 2018-04-11 2018-11-06 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器
CN208063056U (zh) * 2018-04-11 2018-11-06 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合谐振型电路和双有源桥电路的双向直流变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘闯，姚航: "《混合型LLC与DAB直流变换器及其滞环控制策略》", 《电力电子技术》 *

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110350797A (zh) * 2019-06-27 2019-10-18 西安交通大学 一种基于tab的真双极中低压变压器拓扑及其控制策略
CN110912412A (zh) * 2019-12-03 2020-03-24 中国科学院电工研究所 一种直流变压器及其控制方法
CN110719035A (zh) * 2019-12-05 2020-01-21 中南大学 单级dab-llc混合型双向dc-dc变换器的拓扑结构
CN111404388A (zh) * 2020-04-13 2020-07-10 剑桥大学南京科技创新中心有限公司 串联级联式开关变压器直流直流变换器及其工作方法
CN111404388B (zh) * 2020-04-13 2022-05-03 剑桥大学南京科技创新中心有限公司 串联级联式开关变压器直流直流变换器及其工作方法
CN111614256A (zh) * 2020-04-29 2020-09-01 华为技术有限公司 一种非隔离dcdc谐振变换控制电路及控制方法
CN111614256B (zh) * 2020-04-29 2022-04-05 华为技术有限公司 一种非隔离dcdc谐振变换控制电路及控制方法
CN113726200A (zh) * 2020-05-26 2021-11-30 南京南瑞继保电气有限公司 电力电子变压器的控制架构及其控制方法
CN113726200B (zh) * 2020-05-26 2024-03-15 南京南瑞继保电气有限公司 电力电子变压器的控制架构及其控制方法
WO2022088655A1 (zh) * 2020-10-28 2022-05-05 华为数字能源技术有限公司 一种电源***、电力电子电路及电池模块
CN112542865B (zh) * 2020-10-28 2024-01-02 华为数字能源技术有限公司 一种电源***、电力电子电路及电池模块
CN112542865A (zh) * 2020-10-28 2021-03-23 华为技术有限公司 一种电源***、电力电子电路及电池模块
WO2022142898A1 (zh) * 2020-12-31 2022-07-07 华为技术有限公司 一种直流转换器、电子设备及该直流转换器的控制方法
CN112994468A (zh) * 2021-03-03 2021-06-18 国创移动能源创新中心(江苏)有限公司 一种直流充电模块输出串并联电路及其控制方法
CN112865550A (zh) * 2021-04-12 2021-05-28 中国矿业大学 一种输入并联输出串联的双有源桥变换器及其控制方法
CN113241950A (zh) * 2021-04-16 2021-08-10 国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司 一种并联型多支路变换器及控制方法
CN113241950B (zh) * 2021-04-16 2022-07-01 国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司 一种并联型多支路变换器及控制方法
WO2022236774A1 (zh) * 2021-05-13 2022-11-17 华为数字能源技术有限公司 谐振开关电容变换器及供电***

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