[發(fā)明專利]一種高變比大功率模塊化DC-DC變換器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010053252.6
• 申請(qǐng)日: 2020-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111181388A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李彬彬;劉建瑩;李磊;趙曉東;王志遠(yuǎn);張書(shū)鑫;徐殿國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/10
• 分類號(hào): H02M3/10;H02M3/158;H02J3/38
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

一種高變比大功率模塊化DC?DC變換器，適用于新能源發(fā)電的電能送出，尤其是海上風(fēng)電場(chǎng)的電能送出。它由三相并聯(lián)而成，以保證功率傳輸?shù)倪B續(xù)性。三相的結(jié)構(gòu)相同，每一相均由R個(gè)相同的分支依次相連而成，分支1直接連接到中壓直流側(cè)，而分支R通過(guò)一個(gè)晶閘管串T_H連接至高壓直流側(cè)。每個(gè)分支由兩組相同的功率開(kāi)關(guān)器件晶閘管T₁和T₂、一個(gè)半橋橋臂和一個(gè)全橋橋臂組成。通過(guò)對(duì)變換器中功率開(kāi)關(guān)器件的通斷控制，實(shí)現(xiàn)所有的半橋橋臂和全橋橋臂并聯(lián)在中壓側(cè)對(duì)子模塊中的電容進(jìn)行充電；所有的半橋橋臂和全橋橋臂以及高壓側(cè)串聯(lián)在一起對(duì)電容進(jìn)行放電，實(shí)現(xiàn)能量從中壓直流側(cè)向高壓直流側(cè)的傳遞。在每個(gè)晶閘管串上反并聯(lián)晶閘管串，為啟動(dòng)提供能量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種DC-DC變換器，適用于新能源發(fā)電領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著煤炭、石油等自然資源的短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重以及人類環(huán)保意識(shí)的日益提高，新能源發(fā)電受到越來(lái)越多的關(guān)注。而大規(guī)模的可再生能源如海上風(fēng)能等地處偏遠(yuǎn)，通過(guò)離岸風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的電能需要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的一段距離才能并入大電網(wǎng)。因此如何將新能源發(fā)電產(chǎn)生的電能高效率地送出是新能源發(fā)電領(lǐng)域要考慮的一大問(wèn)題。以離岸風(fēng)電場(chǎng)為例，其需要水下電纜傳輸電能，若采用交流輸電，電纜存在的寄生電容容易導(dǎo)致交流輸電的空載損耗太大，從而影響輸電效率，而分布電容對(duì)直流輸電幾乎無(wú)影響，因此高壓直流輸電被廣泛用于海上風(fēng)電送出。

隨著模塊化多電平變換器的出現(xiàn)，中壓交流匯集系統(tǒng)在離岸風(fēng)電場(chǎng)的電能送出環(huán)節(jié)中被廣泛采用。在中壓交流匯集系統(tǒng)中，多個(gè)風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能首先各自經(jīng)過(guò)一級(jí)逆變器和變壓器變?yōu)橹袎航涣鳎ㄟ^(guò)交流電纜匯集到中壓交流母線上，再經(jīng)過(guò)一個(gè)變壓器和一級(jí)MMC變?yōu)楦邏褐绷?，然后通過(guò)直流電纜送到岸上?？梢?jiàn)，這種中壓交流匯集系統(tǒng)存在很多弊端，如交流電纜傳輸電能的效率較低、需要昂貴且笨重的變壓器等，這些缺點(diǎn)給海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)帶來(lái)了很多問(wèn)題。因此，基于DC-DC變換器的中壓直流匯集系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。與中壓交流匯集系統(tǒng)的不同之處在于，多個(gè)風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能直接通過(guò)直流變換器變?yōu)橹袎褐绷鳎⑼ㄟ^(guò)直流電纜匯集到中壓直流母線，然后通過(guò)大功率高變比直流變換器經(jīng)高壓直流電纜送出。與中壓交流系統(tǒng)相比，中壓直流匯集系統(tǒng)具有更高的傳輸效率和更小的體積，更適用于海上風(fēng)電的送出。

與高壓直流母線相連的將中壓直流變?yōu)楦邏褐绷鞯腄C-DC變換器對(duì)于中壓直流匯集系統(tǒng)的電能送出至關(guān)重要。這個(gè)DC-DC變換器要具有較高的變壓比、功率足夠大、輕量化且具有高可靠性和較高的傳輸效率。中國(guó)專利公布號(hào)為CN106357119A的專利《大功率高壓光伏直流升壓變流器裝置及控制方法》提出了一種高壓大功率的直流變換器，但該拓?fù)湫枰?jīng)過(guò)整流和逆變兩個(gè)功率變換環(huán)節(jié)，使得電路效率較低、元器件數(shù)目多且成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有用于新能源發(fā)電送出領(lǐng)域的直流變換器效率低、功率變換環(huán)節(jié)多和成本高的問(wèn)題，且為了滿足中壓直流匯集系統(tǒng)對(duì)直流變換器高變比、大功率、高效率的需求，本發(fā)明提出一種適用于新能源發(fā)電送出領(lǐng)域直流升壓匯集系統(tǒng)的高變比大功率模塊化DC-DC變換器。

本發(fā)明所提出的高變比大功率模塊化DC-DC變換器由三相變換電路并聯(lián)而成，每一相變換電路由R個(gè)相同的分支電路依次相連而成；每個(gè)分支電路由晶閘管串T₁、晶閘管串T₂、一個(gè)半橋橋臂和一個(gè)全橋橋臂組成；其中每個(gè)半橋橋臂由N個(gè)半橋子模塊串聯(lián)在一起并與一個(gè)電感串聯(lián)組成，全橋橋臂由N個(gè)全橋子模塊串聯(lián)在一起并與一個(gè)電感串聯(lián)組成；

分支電路1的輸入端正極與中壓直流輸入側(cè)的正極相連，分支電路1的輸入端負(fù)極與中壓直流輸入側(cè)的負(fù)極相連；

分支電路1的輸出端正極與分支電路2的輸入端正極相連，分支電路1的輸出端負(fù)極與分支電路2的輸入端負(fù)極相連；分支電路2的輸出端正極與分支電路3的輸入端正極相連，分支電路2的輸出端負(fù)極與分支電路3的輸入端負(fù)極相連；以此類推，直至順次連至第R個(gè)分支電路；