双向直流变换器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及电力电子器件技术领域，具体提供了一种双向直流变换器及其控制方法，旨在解决如何满足高压大功率直流电能变换需求的技术问题。为此目的，本发明专利技术提供的双向直流变换器主要包括第一开关模块和第二开关模块。具体地，第一开关模块与第一直流端口的正极连接且还通过电感模块与第一直流端口的负极连接，第一直流端口的负极与第二直流端口的负极直接连接。第二开关模块与第一直流端口的正极连接且还通过电感模块与第二直流端口的正极连接。第一电容器的分别与第一开关模块和第二开关模块连接。基于上述结构，本发明专利技术提供的双向直流变换器能够通过第一开关模块和第二开关模块进行高压直流电能变换，从而满足高压或高功率负载的直流电能需求。

Bidirectional DC Converter and Its Control Method

The invention relates to the technical field of power electronic devices, in particular to a bidirectional DC converter and its control method, aiming at solving the technical problems of how to meet the requirements of high voltage and high power DC power conversion. To this end, the bidirectional DC converter provided by the invention mainly includes the first switch module and the second switch module. Specifically, the first switch module is connected with the positive pole of the direct current port and is also connected with the negative pole of the direct current port through the inductor module, and the negative pole of the first direct current port is directly connected with the negative pole of the second direct current port. The second switch module is positively connected with the DC port and is also positively connected with the second DC port through the inductor module. The first capacitor is connected with the first switch module and the second switch module respectively. Based on the above structure, the bidirectional DC converter provided by the invention can perform high voltage DC power conversion through the first switching module and the second switching module, thereby meeting the DC power demand of high voltage or high power load.

【技术实现步骤摘要】
双向直流变换器及其控制方法
本专利技术涉及电力电子器件
，具体涉及双向直流变换器及其控制方法。
技术介绍
基于SuperBoost拓扑结构的直流变换器具有高功率密度、高效率和高可靠性等特点，其能够可靠地将直流电能变换成负载所需的直流电能。但是，目前基于SuperBoost拓扑结构的直流变换器只适用于低压或小功率负载，无法满足高压或大功率负载的直流电能需求。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何满足高压大功率直流电能变换需求的技术问题。为此目的，本专利技术提供了一种双向直流变换器及其控制方法。在第一方面，本专利技术提供的双向直流变换器主要包括第一直流端口、第二直流端口、第一开关模块、第二开关模块、第一电容器和电感模块；所述第一开关模块的一端与所述第一直流端口的正极连接，所述第一开关模块的另一端通过所述电感模块与所述第一直流端口的负极连接，所述第一直流端口的负极与所述第二直流端口的负极直接连接；所述第二开关模块的一端与所述第一直流端口的正极连接，所述第二开关模块的另一端通过所述电感模块与所述第二直流端口的正极连接；所述第一电容器的一端与所述第一开关模块的另一端连接，所述第一电容器的另一端与所述第二开关模块的另一端连接。进一步地，本专利技术提供的一个可选技术方案是：所述电感模块包括第一电感器和第二电感器，所述第一开关模块的另一端通过所述第一电感器与所述第一直流端口的负极连接；所述第二开关模块的另一端通过所述第二电感器与所述第二直流端口的正极连接。进一步地，本专利技术提供的一个可选技术方案是：所述第一开关模块、第二开关模块和第一电容器的数量均是多个，多个所述第一开关模块串联形成第一串联支路，所述第一串联支路中的首个第一开关模块与所述第一直流端口直接连接，所述第一串联支路中的最后一个第一开关模块与所述第一电感器直接连接；多个所述第二开关模块串联形成第二串联支路，所述第二串联支路中的首个第二开关模块与所述第一直流端口直接连接，所述第二串联支路中的最后一个第二开关模块与所述第二电感器直接连接；每个所述第一电容器分别与串联顺序相同的第一开关模块和第二开关模块连接。进一步地，本专利技术提供的一个可选技术方案是：所述第一开关模块与所述第二开关模块均包括多个串联的全控型半导体开关或者功率子模块。进一步地，本专利技术提供的一个可选技术方案是：所述功率子模块是半桥功率子模块、全桥功率子模块或箝位双子模块等MMC子模块。在第二方面，本专利技术提供的一种双向直流变换器的控制方法主要包括以下步骤：根据预设的直流变换需求，确定所述第一开关模块和所述第二开关模块中功率子模块的投入数量；根据所述直流变换需求分别调整所述第一开关模块和所述第二开关模块中所述投入数量对应的功率子模块的工作状态为投入状态，并且调整其他功率子模块的工作状态为切除状态。进一步地，本专利技术提供的一个可选技术方案是：“根据所述直流变换需求分别调整所述第一开关模块和所述第二开关模块中所述投入数量对应的功率子模块的工作状态为投入状态”的步骤具体包括：根据所述直流变换需求，确定所述双向直流变换器的电能变换方向；根据所述电能变换方向分别调整所述第一开关模块和所述第二开关模块中所述投入数量对应的功率子模块的工作状态为投入状态。进一步地，本专利技术提供的一个可选技术方案是：“调整其他功率子模块的工作状态为切除状态”的步骤具体包括：根据所述电能变换方向调整所述功率子模块的工作状态为切除状态。进一步地，本专利技术提供的一个可选技术方案是：所述控制方法还包括：当所述双向直流变换器启动或者接入的直流线路发生故障时，根据所述电能变换方向调整所有第一开关模块和所有第二开关模块的工作状态为闭锁状态。进一步地，本专利技术提供的一个可选技术方案是：所述控制方法还包括：采用最近电平逼近调制法控制所述第一开关模块和第二开关模块的端口电压。与最接近的现有技术相比，上述技术方案至少具有如下有益效果：1、本专利技术提供的双向直流变换器主要包括第一开关模块、第二开关模块、第一电容器和电感模块。具体地，第一开关模块的一端与第一直流端口的正极连接，第一开关模块的另一端通过电感模块与第一直流端口的负极连接，第一直流端口的负极与第二直流端口的负极直接连接。第二开关模块的一端与第一直流端口的正极连接，第二开关模块的另一端通过电感模块与第二直流端口的正极连接。第一电容器的一端与第一开关模块的另一端连接，第一电容器的另一端与第二开关模块的另一端连接。其中，第一开关模块和第二开关模块均包括多个功率子模块。基于上述结构，本专利技术提供的直流变换器不仅能够实现双向直流变换，还可以通过第一开关模块和第二开关模块进行高压直流电能变换，从而满足高压或高功率负载的直流电能需求。同时，基于上述结构所形成的SuperBoost拓扑结构，本专利技术提供的直流变换器与常规的直流变换器相比，具有更高的功率密度，可实现更大的升压或降压变比，进而在同等大容量情况下具有成本更低、体积更小、更易于实现等优点。进一步地，本专利技术提供的双向直流变换器可以包括多个第一开关模块、多个第二开关模块和多个第一电容器。具体地，多个第一开关模块串联形成第一串联支路，第一串联支路中的首个第一开关模块与第一直流端口直接连接，第一串联支路中的最后一个第一开关模块与第一电感器直接连接。多个第二开关模块串联形成第二串联支路，第二串联支路中的首个第二开关模块与第一直流端口直接连接，第二串联支路中的最后一个第二开关模块与第二电感器直接连接。每个第一电容器分别与串联顺序相同的第一开关模块和第二开关模块连接。基于上述结构，本专利技术提供的直流变换器可以通过多个第一开关模块和多个第二开关模块实现更高电压等级的直流电能变换，进一步满足高压或高功率负载的直流电能需求。2、本专利技术提供的双向直流变换器的控制方法主要包括以下步骤：根据预设的直流变换需求，确定第一开关模块和第二开关模块中功率子模块的投入数量。根据直流变换需求，确定双向直流变换器的电能变换方向。根据电能变换方向分别调整第一开关模块和第二开关模块中投入数量对应的功率子模块的工作状态为投入状态，并且调整其他功率子模块的工作状态为切除状态。基于上述步骤，本专利技术提供的控制方法可以根据直流变换需求选择地控制第一开关模块和第二开关模块中各功率子模块的工作状态，使得双向直流变换器针对不同的供电电源均能够输出满足直流变换需求的电压，即实现了对双向直流变换器的多电平输入输出控制。附图说明图1是本专利技术实施例中一种双向直流变换器的主要结构示意图；图2是本专利技术实施例中图1所示双向直流变换器的电压/电流方向示意图；图3是本专利技术实施例中图1所示双向直流变换器的交流电压/电流方向示意图；图4是本专利技术实施例中图1所示双向直流变换器的交流电能流动路径示意图；图5是本专利技术实施例中图1所示双向直流变换器的直流电压/电流方向示意图；图6是本专利技术实施例中图1所示双向直流变换器的直流电能流动路径示意图；图7是本专利技术实施例中另一种双向直流变换器的主要结构示意图；图8是本专利技术实施例中半桥功率子模块的主要结构示意图；图9是本专利技术实施例中全桥功率子模块的主要结构示意图；图10是本专利技术实施例中一种双向直流变换器的控制方法的主要步骤示意图；图11是本专利技术实施例中半桥功率子模块的电压/电流方向示意图。图12是本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向直流变换器，其特征在于包括第一直流端口、第二直流端口、第一开关模块、第二开关模块、第一电容器和电感模块；所述第一开关模块的一端与所述第一直流端口的正极连接，所述第一开关模块的另一端通过所述电感模块与所述第一直流端口的负极连接，所述第一直流端口的负极与所述第二直流端口的负极直接连接；所述第二开关模块的一端与所述第一直流端口的正极连接，所述第二开关模块的另一端通过所述电感模块与所述第二直流端口的正极连接；所述第一电容器的一端与所述第一开关模块的另一端连接，所述第一电容器的另一端与所述第二开关模块的另一端连接。

【技术特征摘要】
1.一种双向直流变换器，其特征在于包括第一直流端口、第二直流端口、第一开关模块、第二开关模块、第一电容器和电感模块；所述第一开关模块的一端与所述第一直流端口的正极连接，所述第一开关模块的另一端通过所述电感模块与所述第一直流端口的负极连接，所述第一直流端口的负极与所述第二直流端口的负极直接连接；所述第二开关模块的一端与所述第一直流端口的正极连接，所述第二开关模块的另一端通过所述电感模块与所述第二直流端口的正极连接；所述第一电容器的一端与所述第一开关模块的另一端连接，所述第一电容器的另一端与所述第二开关模块的另一端连接。2.根据权利要求1所述的双向直流变换器，其特征在于，所述电感模块包括第一电感器和第二电感器，所述第一开关模块的另一端通过所述第一电感器与所述第一直流端口的负极连接；所述第二开关模块的另一端通过所述第二电感器与所述第二直流端口的正极连接。3.根据权利要求2所述的双向直流变换器，其特征在于，所述第一开关模块、第二开关模块和第一电容器的数量均是多个，多个所述第一开关模块串联形成第一串联支路，所述第一串联支路中的首个第一开关模块与所述第一直流端口直接连接，所述第一串联支路中的最后一个第一开关模块与所述第一电感器直接连接；多个所述第二开关模块串联形成第二串联支路，所述第二串联支路中的首个第二开关模块与所述第一直流端口直接连接，所述第二串联支路中的最后一个第二开关模块与所述第二电感器直接连接；每个所述第一电容器分别与串联顺序相同的第一开关模块和第二开关模块连接。4.根据权利要求1至3中任一项所述的双向直流变换器，其特征在于，所述第一开关模块与所述第二开关模块均包括多个串...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍群海，熊佳旺，尹靖元，吴理心，韦统振，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11