[發明專利]一種基于懸浮模塊的多電平均壓型DC-DC變換器

有效

• 申請號: 202110395151.1
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113285590B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 楊曉峰;鄭瓊林;王淼
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M1/32
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

本發明為一種基于懸浮模塊的多電平均壓型DC?DC變換器，由m個懸浮模塊構成，m個懸浮模塊分別為：SM₁,SM₂,…,SM_j?1,SM_j,SM_j+1,…,SM_m，m為≥2的整數，每個懸浮模塊由電容單元CU和均壓單元VBU構成；懸浮模塊SM_x對外引出P_x1、P_x2、P_x3和P_x4四個端子，P_x1、P_x2構成輸入端口，P_x3、P_x4構成輸出端口，其中x＝1,2,……,m；m個懸浮模塊的輸入端口串聯，連接至輸入側或輸出側，且m個懸浮模塊的輸出端口并聯，連接至輸出側或輸入側。變換器中，m個懸浮模塊的輸出端口并聯后，能夠并聯在某個懸浮模塊的輸入端口上，此時該懸浮模塊移除均壓單元VBU，對外僅引出輸入端口。

技術領域

本發明涉及多電平直流變換技術領域，具體說是一種基于懸浮模塊的多電平均壓型DC-DC變換器。

背景技術

中國幅員遼闊，為解決能源分布不均衡問題，建設遠距離大功率的直流輸配電網勢在必行，這進一步促進了中高壓大功率DC-DC變換器的研究。傳統大容量DC-DC變換器如二極管箝位型變換器、雙側有源橋(DAB)式變換器等，其應用于高壓直流電網互聯時，為達到系統的電壓和電流應力要求，通常需要大量器件串并聯，然而串并聯器件間的均壓和均流問題限制了傳統DC-DC變換器拓撲在大功率直流輸配電領域的應用。

多電平均壓型DC-DC變換器憑借結構模塊化、電容電壓自均衡、能量雙向流動、開關器件電壓應力低等優勢近年來得到廣泛研究。傳統多電平均壓型DC-DC變換器通常由多個支撐電容和均壓電路構成，其中支撐電容串聯承受直流側高電壓，均壓電路在各支撐電容之間進行能量傳遞。然而，當某個支撐電容和均壓電路所構成的模塊發生故障后，極易造成支撐電容短路放電事故；由于不具備故障模塊切除能力，導致故障由故障模塊向正常模塊擴散，進而影響整個變換器的正常運行，甚至造成嚴重的安全事故。

為提高傳統多電平均壓型DC-DC變換器的故障保護能力，本專利提出了基于懸浮模塊的多電平均壓型DC-DC變換器。相對于傳統的多電平均壓型DC-DC變換器，基于懸浮模塊的多電平均壓型DC-DC變換器在模塊發生故障時可迅速切除故障模塊，同時投入冗余模塊，確保變換器正常工作。在高壓直流側發生短路故障時，可迅速切除全部模塊，避免支撐電容通過短路回路放電，確保多電平均壓型DC-DC變換器自身安全。因此，基于懸浮模塊的多電平均壓型DC-DC變換器具備良好的故障保護能力，適用于中高壓大功率直流變換場合。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于懸浮模塊的多電平均壓型DC-DC變換器。相對于傳統多電平均壓型DC-DC變換器，基于懸浮模塊的多電平均壓型DC-DC變換器采用懸浮模塊，具有良好的故障保護能力。在模塊發生故障時可迅速切除故障模塊，并將冗余模塊投入運行，確保變換器正常工作；而在高壓直流側發生短路故障時，可迅速切除全部模塊，避免支撐電容通過短路故障處放電，確保多電平均壓型DC-DC變換器具有故障穿越能力。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：

一種基于懸浮模塊的多電平均壓型DC-DC變換器，由m個懸浮模塊構成，m個懸浮模塊分別為：

SM₁,SM₂,…,SM_j-1,SM_j,SM_j+1,…,SM_m，m為≥2的整數，每個懸浮模塊均由電容單元CU和均壓單元VBU構成；