技术领域
[0001] 本
发明涉及智能配
电网的
能量管理技术领域，具体涉及一种ISOP型直流
配电变压器及其控制方法。
背景技术
[0002] 随着电
力电子技术的发展，由于直流输配电具有线路造价低、
电能损耗小、供电可靠性高和
风电等新
能源并网成本低等优点，使得直流输配电技术成为电气领域的研究热点。在直流配电过程中需要实现不同
电压等级的电网间能量交换和电气隔离，因此直流变压器在直流配电技术中占有重要地位。直流配电技术起步较晚，各国对直流变压器的研究还处于探索阶段，直流变压器难以像交流系统通过简单的
电磁感应的方式实现电压变换，必须通过电力电子技术实现电压变换和能量传递。直流配电变压器技术在新能源并网接入(尤其是风电并网)、向无源电网供电(如海岛供电)、城市配电网络等诸多领域有着广阔的应用前景，是
智能电网能量管理技术的重要一环。
[0003] 目前，直流变压器的方案主要采用了双主动全桥变换器DAB串并联的拓扑结构来提高直流变压器的电压和功率等级，输入
串联输出并联(ISOP)是实现直流配电网的高变比的一种主要拓扑结构。但是，传统的ISOP直流变压器在应用中还存在许多问题，难以提升功率
密度，尤其是难以应用于高压配电网，对于外部故障和子模
块故障的处理能力也远远不足。当发生子模块故障时，旁路子模块不能运行；当发生外部故障时，直流变压器在不借助直流
开关的情况下，不能从直流配网侧断开，而且集中电容的存在又使得故障恢复时间增加，这大大降低了直流变压器的可靠性。
发明内容
[0004] 本发明提供一种ISOP型直流配电变压器及其控制方法，其目的是解决
现有技术在直流配电网中可靠性不高，对直流故障的抑制能力不强的问题，采用级联的n个子模块并且所述子模块包括双Buck
电路、半桥变换器、高频变压器和全桥变换器，提高了故障处理能力，实现高频化运行，提升装置的功率密度，为未来直流配电网的应用提供更加便利的条件。
[0005] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0006] 一种ISOP型直流配电变压器，所述ISOP型直流配电变压器包括级联的n个子模块，其改进之处在于，所述子模块包括：双Buck电路、半桥变换器、高频变压器和全桥变换器；
[0007] 所述高频变压器的初级侧一端连接双Buck电路、另一端连接半桥变换器，所述高频变压器的次级侧连接全桥变换器。
[0008] 优选的，所述双Buck电路包括：
[0009] 反向串联的
绝缘栅双极晶体管T1和
二极管D1、反向串联的绝缘栅双极晶体管T2和二极管D2、电抗L1和L2以及串联的电容C1和电容C2；
[0010] 所述反向串联的绝缘栅双极晶体管T1和二极管D1与反向串联的绝缘栅双极晶体管T2和二极管D2并联；
[0011] 所述反向串联的绝缘栅双极晶体管T2和二极管D2与串联的电容C1和电容C2并联；
[0012] 电抗L1的一端与缘栅双极晶体管T1和二极管D1的连接点连接，另一端与高压直流侧连接；
[0013] 电抗L2与绝缘栅双极晶体管T2和二极管D2的连接点连接，另一端与高压直流侧连接。
[0014] 优选的，所述半桥变换器包括：串联的开关器件T3和T4，以及串联的滤波电容C3和电感L3；
[0015] 所述开关器件T3和T4间的连接点与高频变压器的初级侧的一端连接；
[0016] 串联的滤波电容C3和电感L3的电容C3侧连接端与双Buck电路中串联的电容C1和电容C2间的连接点连接；
[0017] 串联的滤波电容C3和电感L3的电感L3侧连接端与高频变压器的初级侧的另一端连接。
[0018] 优选的，所述全桥变换器包括：开关器件T5、T6、T7、T8和电容C4；
[0019] 开关器件T5与T6串联，开关器件T7与T8串联；
[0020] 串联后的开关器件T5和T6、串联后的开关器件T7和T8以及电容C4并联；
[0021] 开关器件T5与T6间的连接点与所述高频变压器的次级侧的一端连接；
[0022] 开关器件T7与T8间的连接点与所述高频变压器的次级侧的另一端连接。
[0023] 进一步的，开关器件由绝缘栅双级晶体管与二极管反向并联组成。
[0024] 一种ISOP型直流配电变压器的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：
[0025] 利用高压直流电网与低压直流电网间接入的ISOP型直流配电变压器中各子模块对子模块故障、高压直流电网故障和低压直流电网故障进行故障处理。
[0026] 进一步的，ISOP型直流配电变压器中各子模块的双Buck电路侧与高压直流电网串联连接，ISOP型直流配电变压器中各子模块的全桥变换器侧与低压直流电网并联连接。
[0027] 进一步的，所述利用高压直流电网与低压直流电网间接入的ISOP型直流配电变压器中各子模块对子模块故障、高压直流电网故障和低压直流电网故障进行故障处理，包括：
[0028] 当所述利用高压直流电网与低压直流电网间接入的ISOP型直流配电变压器
中子模块故障时，将发生故障的子模块中绝缘栅双极晶体管T1关断，绝缘栅双极晶体管T2闭合，调整未故障的子模块的脉冲
信号的占空比；
[0029] 当所述利用高压直流电网与低压直流电网间接入的ISOP型直流配电变压器中子模块故障消失后，将发生故障的子模块中绝缘栅双极晶体管T1闭合，绝缘栅双极晶体管T2关断，调整未故障的子模块的脉冲信号的占空比；
[0030] 当所述利用高压直流电网故障和/或当所述利用低压直流电网故障时，关断所述利用高压直流电网与低压直流电网间接入的ISOP型直流配电变压器中子模块中全部开关器件和绝缘栅双极晶体管。
[0031] 具体的，所述调整未故障的子模块的脉冲信号的占空比，包括：
[0032] 按下式确定并调整第j个未故障的子模块的脉冲信号的占空比Dj：
[0033]
[0034] 上式中，N为未发生故障时子模块的总数量，x为发生故障的子模块的总数量，j∈[1,N-x]，dj为第j个未故障的子模块的脉冲信号在发生故障之前的占空比。
[0035] 本发明的有益效果：
[0036] 本发明提供的技术方案，所述ISOP型直流配电变压器包括级联的n个子模块并且所述子模块包括双Buck电路、半桥变换器、高频变压器和全桥变换器，采用级联结构和双Buck电路，使得直流电容为分散式，降低了故障发生后电容产生过
电流的风险，并且每个双Buck电路模块均可以在多种模式下工作，提高了故障处理能力；进一步的，采用双Buck电路、半桥变换器、高频变压器和全桥变换器，减少了电路器件和
软开关，防止器件直通，更利于实现高频化运行，从而提升装置的功率密度，为未来直流配电网的应用提供更加便利的条件；
[0037] 本发明提供的技术方案，当发生直流配电网外部故障时，可以直接切断所述ISOP型直流配电变压器与直流配电网的电气连接；当故障消失后，不需要重新充电即可恢复到正常工作状态，提高了配电的可靠性。
附图说明
[0038] 图1是本发明一种ISOP型直流配电变压器的结构示意图；
[0039] 图2是本发明一种ISOP型直流配电变压器的子模块的结构示意图；
具体实施方式
[0040] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
[0041] 为使本发明
实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042] 本发明提供的一种ISOP型直流配电变压器，如图1所示，包括：级联的n个子模块；
[0043] 具体的，如图2所示，所述子模块包括：双Buck电路、半桥变换器、高频变压器和全桥变换器；
[0044] 所述高频变压器的初级侧一端连接双Buck电路、另一端连接半桥变换器，所述高频变压器的次级侧连接全桥变换器；
[0045] 所述双Buck电路和所述半桥变换器用于将直流电压逆变成交流电压；所述双Buck电路中的电容用于充当电压源；所述半桥变换器中的电容和电感组成的滤波电路用于滤除交流电压中的高次谐波；所述高频变压器用于隔离高频变压器的初级侧和次级侧；所述全桥变换器用于将交流电压整流成直流电压并输出。
[0046] 进一步的，所述双Buck电路包括：
[0047] 反向串联的绝缘栅双极晶体管T1和二极管D1、反向串联的绝缘栅双极晶体管T2和二极管D2、电抗L1和L2以及串联的电容C1和电容C2；
[0048] 所述反向串联的绝缘栅双极晶体管T1和二极管D1与反向串联的绝缘栅双极晶体管T2和二极管D2并联；
[0049] 所述反向串联的绝缘栅双极晶体管T2和二极管D2与串联的电容C1和电容C2并联；
[0050] 电抗L1的一端与缘栅双极晶体管T1和二极管D1的连接点连接，另一端与高压直流侧连接；
[0051] 电抗L2与绝缘栅双极晶体管T2和二极管D2的连接点连接，另一端与高压直流侧连接。
[0052] 进一步的，所述半桥变换器包括：串联的开关器件T3和T4，以及串联的滤波电容C3和电感L3；
[0053] 所述开关器件T3和T4间的连接点与高频变压器的初级侧的一端连接；
[0054] 串联的滤波电容C3和电感L3的电容C3侧连接端与双Buck电路中串联的电容C1和电容C2间的连接点连接；
[0055] 串联的滤波电容C3和电感L3的电感L3侧连接端与高频变压器的初级侧的另一端连接。
[0056] 进一步的，所述全桥变换器包括：开关器件T5、T6、T7、T8和电容C4；
[0057] 开关器件T5与T6串联，开关器件T7与T8串联；
[0058] 串联后的开关器件T5和T6、串联后的开关器件T7和T8以及电容C4并联；
[0059] 开关器件T5与T6间的连接点与所述高频变压器的次级侧的一端连接；
[0060] 开关器件T7与T8间的连接点与所述高频变压器的次级侧的另一端连接。
[0061] 具体的，开关器件由绝缘栅双级晶体管与二极管反向并联组成。
[0062] 本发明还提供一种ISOP型直流配电变压器的控制方法，所述方法包括：
[0063] 利用高压直流电网与低压直流电网间接入的ISOP型直流配电变压器中各子模块对子模块故障、高压直流电网故障和低压直流电网故障进行故障处理。
[0064] 进一步的，ISOP型直流配电变压器中各子模块的双Buck电路侧与高压直流电网串联连接，ISOP型直流配电变压器中各子模块的全桥变换器侧与低压直流电网并联连接。
[0065] 进一步的，所述利用高压直流电网与低压直流电网间接入的ISOP型直流配电变压器中各子模块对子模块故障、高压直流电网故障和低压直流电网故障进行故障处理，包括：
[0066] 当所述利用高压直流电网与低压直流电网间接入的ISOP型直流配电变压器中子模块故障时，将发生故障的子模块中绝缘栅双极晶体管T1关断，绝缘栅双极晶体管T2闭合，调整未故障的子模块的脉冲信号的占空比，使ISOP型直流配电变压器中未故障的子模块重新匹配高压直流侧电网或低压直流侧电网的电压；
[0067] 当所述利用高压直流电网与低压直流电网间接入的ISOP型直流配电变压器中子模块故障消失后，将发生故障的子模块中绝缘栅双极晶体管T1闭合，绝缘栅双极晶体管T2关断，调整未故障的子模块的脉冲信号的占空比，使ISOP型直流配电变压器中的子模块重新匹配高压直流侧电网或低压直流侧电网的电压；
[0068] 当所述利用高压直流电网故障和/或当所述利用低压直流电网故障时，关断所述利用高压直流电网与低压直流电网间接入的ISOP型直流配电变压器中子模块中全部开关器件和绝缘栅双极晶体管。
[0069] 具体的，所述调整未故障的子模块的脉冲信号的占空比，包括：
[0070] 按下式确定并调整第j个未故障的子模块的脉冲信号的占空比Dj：
[0071]
[0072] 上式中，N为未发生故障时子模块的总数量，x为发生故障的子模块的总数量，j∈[1,N-x]，dj为第j个未故障的子模块的脉冲信号在发生故障之前的占空比。
[0073] 本领域内的技术人员应明白，本
申请的实施例可提供为方法、系统、或
计算机程序产品。因此，本申请可采用完全
硬件实施例、完全
软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘
存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0074] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的
流程图和/或方
框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程
数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中
指定的功能的装置。
[0075] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0076] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0077] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行
修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的
权利要求保护范围之内。
