[發(fā)明專利]用于柔性直流輸電的雙極DC/DC變換器及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910058962.5
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109728720B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李彬彬;張書鑫;趙曉東;程達;毛舒凱;付勤天;王衛(wèi);徐殿國
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高倩

用于柔性直流輸電的雙極DC/DC變換器及其控制方法，屬于柔性直流輸電領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有混合式模塊化DC/DC變換器的子模塊數(shù)量較多，成本較高的問題。變換器：對于a相和b相，四個IGBT閥組串聯(lián)在高壓側(cè)正極與低壓側(cè)負極之間，閥組2與閥組3的公共端與低壓側(cè)正極相連，半橋子模塊串的電流輸入端接入閥組1與閥組2的公共端，電流輸出端接入閥組3與閥組4的公共端。與前兩相不同的是，對于c相和d相，四個閥組串聯(lián)在低壓側(cè)正極與高壓側(cè)負極之間。方法：根據(jù)目標功率傳輸方向，設(shè)置每相的IGBT閥組的通斷狀態(tài)，控制每相的半橋子模塊串的充、放電狀態(tài)，實現(xiàn)目標方向的功率傳輸。四相交替工作，保證所述變換器連續(xù)輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種DC/DC變換器及其控制方法，屬于柔性直流輸電領(lǐng)域。

背景技術(shù)

柔性直流輸電技術(shù)在過去的十幾年中得到了快速的發(fā)展，目前世界范圍內(nèi)已有數(shù)十項柔性直流輸電工程投入運行。未來，各種不同電壓等級的直流輸電系統(tǒng)將必然相互連接起來，構(gòu)成真正意義上的直流電網(wǎng)。然而，直流電網(wǎng)中的電壓等級變換問題必須依賴基于電力電子技術(shù)的高壓大容量DC/DC變換器。以現(xiàn)有半導體功率器件的耐壓水平，為了實現(xiàn)高電壓大容量的直流變換，需要采用模塊化的技術(shù)路線。

針對模塊化DC/DC變換器，近年來出現(xiàn)了很多報導，其中以“面對面”型模塊化多電平DC/DC變換器最具有代表性。然而，這類DC/DC變換器屬于具有中間交流環(huán)節(jié)的隔離型DC/DC變換器，由于所有功率需要進行兩級式變換，這類DC/DC變換器的損耗大，成本高。

為了降低損耗和成本，各種非隔離型DC/DC變換器紛紛被提出：

模塊化多電平直流換流器通過模塊化多電平直流換流的方式直接輸出直流電壓，僅需一級功率變換，省去了交流隔離變壓器。但這類DC/DC變換器的橋臂中需要注入高幅值的交流電壓和環(huán)流來維持子模塊電容電壓的能量平衡，導致半導體功率器件的應力和損耗較大，且低壓側(cè)需要配置較大容量的濾波電感來濾除交流成分。

授權(quán)公告號為CN 103887788 B的中國專利公開了一種多端口直流-直流自耦變壓器及其應用，該多端口直流-直流自耦變壓器屬于自耦型模塊化非隔離DC/DC變換器，因其交流環(huán)節(jié)僅用于傳遞平衡功率，該多端口直流-直流自耦變壓器的效率得到了有效提高。然而，該多端口直流-直流自耦變壓器仍無法避免使用交流變壓器。

申請公布號為CN 106160463 A的中國專利公開了一種直流電壓變換裝置及其橋臂控制方法，該直流電壓變換裝置屬于混合式模塊化DC/DC變換器，突破性地將器件串聯(lián)結(jié)構(gòu)和子模塊串相結(jié)合，實現(xiàn)了無交流變壓器的直流電壓變換，有效降低了設(shè)備成本和體積，并大大提升了效率。然而，這種混合式模塊化DC/DC變換器為單極型變換器，而實際柔性直流輸電工程為了降低絕緣需求，均采用雙極直流輸電系統(tǒng)的方案。因此，這種混合式模塊化DC/DC變換器應用于實際工程時，需要在正極和負極分別配置一臺變換器，這使得該DC/DC變換器的子模塊數(shù)量較多，在成本上存在一定的浪費。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有混合式模塊化DC/DC變換器的子模塊數(shù)量較多，成本較高的問題，提出了一種用于柔性直流輸電的雙極DC/DC變換器極其控制方法。

本發(fā)明所述的用于柔性直流輸電的雙極DC/DC變換器包括具有相同電路結(jié)構(gòu)的a相DC/DC變換器拓撲結(jié)構(gòu)～d相DC/DC變換器拓撲結(jié)構(gòu)；

a相DC/DC變換器拓撲結(jié)構(gòu)包括半橋子模塊串SM_a、IGBT閥組S_a1～IGBT閥組S_a4和電感L_a；

b相DC/DC變換器拓撲結(jié)構(gòu)包括半橋子模塊串SM_b、IGBT閥組S_b1～IGBT閥組S_b4和電感L_b；