第10卷第4期 2016年4月
南方电网技术
SOUTHERNPOWER SYSTEM TECHNOLOGY
文章编号：1674-0629(2016)04-0063-07
DOI: 10. 13648/j. cnki. issn1674-0629. 2016. 04. 0010
中图分类号：TM721.1；TM402
15kV/400V直流变压器的设计与研制
石华楷，孙贤大，郭自勇，安金辉，赵宇明’，刘国伟”
Vol. 10, No. 4 Apr.2016
文献标志码：A
（1.荣信电力电子股份有限公司，辽宁鞍山114051；2.深圳供电局有限公司，广东深圳518048）
摘要：设计研制了基于输入率联输出并联结构的200kWDC15kV/DC400V直流变压器工程样机。开展了该样机一系列关键技术的研究，包播主电路拓扑结构设计，高频隔离双主动全桥单元设计及其开关器件选型，高频变压器设
计，电压控制和平衡控制等。最后搭建了全载试验平台进行测试，结果表明样机在额定工况下的效率超过96%。关键词：DC15kV/DC400V；直流变压器；榆入串联检出并联；工程样机
DesignandDevelopmentof15kV/400VDCTransformer
SHI Huakai'，SUNXianda'，GUOZiyong'，AN Jinhui',ZHAOYuming,LIU Guowei?
(1. Rongxin Power Electronic Co. , Ltd. , Anshan, Liaoning 114051, China; 2.Shenzhen Power Supply Co., Ltd., Shenzhen, Guangdong 518048, China)
Abstract: An input-series-output-parallel project prototype of 200 kW DC 15 kV/DC 400 V transformer is designed and developed in eoaanooeaeaoaoaaaaaded al active bridge unit design and switch selection, high-frequency transformer design, voltage control and balance control, etc. Finally eosdod aae neadodo assoedsaeo under the rated condition
Key words: DC15 kV/DC 400 V; DC transformer; input-series-output-parallel; project prototype
0引言
低压DC/DC变换已经很普及，但是受限于电力电子器件的电压等级，高压DC/DC变换还存在许多技术难点有待突破"。特别是大规模非并网风力发电等独立电力系统[2]需要具有与交流隔离变压装置类似的直流变压装置，将高压直流电转换成隔离的满足用电设备要求的低压直流电3-4]。因此，开发“高压直流电源/低压直流设备”类型的变压器很有必要。
目前国内外直流变压器（DCSST)的拓扑结构主要分为三种。第一种为基于高压15kV碳化硅器件(SiC)的三电平拓扑方案，该方案具有结构简单可靠、体积小、功率密度高等优点13)。但是目前15 kV碳化硅器件并不成熟，没有达到商业化量产的程度，而且该拓扑结构可扩展性差，如果用于更高电压等级，则需采用五电平等拓扑方案。第二种为基于模块化多电平换流器（modularmultilevelcon-
万方数据
verter，MMC)拓扑方案」，该方案技术成熟可靠，并很容易扩展到多个电压等级。但是MMC拓扑结构子模块数量多，变压器成本高。第三种为基于输人串联输出并联（input-series-output-parallel，ISOP）高频隔离双主动全桥（dualactivebridge，DAB） DC/DC方案，该方案具有开关器件电压电流应力小、技术成熟可靠、成本比较低等优点，而且可拓展性强，对于不同电压、不同容量的应用场合只需调整串并联模块数目即可。但是同时存在以下儿个问题：对多模块串并联方式需要解决模块间均压均流问题：对控制系统的要求比较高：国内外研究以实验室为主，DCSST的串联级数少，还没有应用到高压领域"。
在分析上述三种方案各自优缺点的基础上，兼顾产品的成本与可靠性，本文设计和研制了额定容量为200kW的15kV/400VDCSST工程样机。该样机已通过了第三方型式试验。首先论证了DCSST 的主电路结构设计；然后讨论了DAB的参数设计，