本发明专利技术提供无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑。无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑，由改造后的两相半桥MMC模型、自均压辅助回路及故障箝位二极管组联合构建。其中自均压辅助回路由辅助二极管、辅助电容、辅助IGBT模块构成，两相半桥MMC模型与自均压辅助回路通过半桥子模块中的新增端口连接。故障箝位二极管组由一系列箝位二极管串联而成，连接于“一次侧”直流母线和各相桥臂之间。该DC/DC变换器拓扑，能够不依赖交流环节的介入，实现两侧直流能量的直接转换，同时能实现变换器两侧的故障隔离，在规避能量转换过程中交流环节损耗的基础上，有效降低了DC/DC变换器拓扑中所需MMC的容量和成本。
A Modular Multilevel DC-DC Converter Topology Without AC Link
【技术实现步骤摘要】
一种无需AC环节的模块化多电平DC-DC变换器拓扑
本专利技术涉及高压直流输电领域，具体涉及一种无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑。
技术介绍
直流输电技术问世以来，受到学术界和工程界的广泛关注，其在远距离大容量输电、新能源并网等方面的技术优势日益凸显。随着直流输电工程电压等级的提升、传输容量的增大以及应用场景的多样化，多直流电压等级互联和直流电压变换的需求逐步显现。技术可靠、经济性良好的DC/DC变换器逐渐成为研究热点。学术界针对高压大容量DC/DC变换器的研究，从技术路线上大致分为斩波型、变压器隔离型以及谐振型三个方向，三类方向又可以依照具体的换流器拓扑构成多种实施方式。其中基于模块化多电平换流器（modularmultilevelconverter，MMC）的变压器隔离型DC/DC变换器拓扑凭借其灵活性、可靠性以及在电压等级和变换容量方面优秀的可拓展性，代表了现阶段DC/DC换流器拓扑设计的主流思路。拓扑中交流变压器的配置，一方面实现了变换器两侧的电气隔离，另一方面联接了变换器两侧的AC环节。鉴于MMC拓扑中“交流侧”不能稳定地输出直流电压，目前基于MMC拓扑的DC/DC变换器依赖AC环节的介入完成两侧直流电压变换过程，因此从本质上应被定义为DC/AC/DC型变换器。由于变换过程涉及两次能量形式的转换，这一拓扑突出的问题便是MMC容量利用率低，投资成本较高。为了提升DC/DC变换器中MMC的容量利用率并抑制交流环节的运行损耗，相关学者在变换器拓扑上进行了许多极具价值的尝试。文献“MultiportDC–DCAutotransformerforInterconnectingMultipleHigh-VoltageDCSystemsatLowCost”，提出了多端口的DC/DC自耦变压器，通过在DC/DC变换器的两侧建立直接的电气连接，有效节省了所需换流器的容量和成本。但该方案一方面造成拓扑中不同子变换器处于不同的电位等级，绝缘设计相对复杂，另一方面拓扑中换流器间仍有部分能量需要通过交流系统传递，仍然无法摆脱基于MMC的DC/DC变换器对AC环节的依赖。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种经济的，模块化的，不依赖AC环节，可直接实现两侧直流能量双向变换同时能实现两侧故障隔离的DC/DC变换器拓扑。本专利技术具体的构成方式如下。无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑，包括由A、B两相构成的半桥MMC模型，A、B两相分别由2N个改造后的半桥子模块串联而成；包括由4N+4个辅助二极管，2个辅助电容，2个辅助IGBT模块构成的自均压辅助回路；包括4组由一系列箝位二极管构成的故障箝位二极管组。上述无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑，改造后的A相半桥子模块共有三个端口，其中常规端口分别自子模块IGBT模块中点和子模块电容负极引出，新增端口自子模块电容正极引出；改造后的B相半桥子模块共有三个端口，其中常规端口分别自子模块电容正极和子模块IGBT模块中点引出，新增端口自子模块电容负极引出；改造后的子模块通过常规端口相互串联连接于故障箝位二极管组，并通过新增端口连接自均压辅助回路。上述无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑，自均压辅助回路中，第一个辅助电容正极连接第一个辅助IGBT模块，负极连接箝位二极管并入直流母线正极；第二个辅助电容负极连接第二个辅助IGBT模块，正极连接箝位二极管并入直流母线负极；箝位二极管，连接相邻子模块的新增端口，此外特殊地，连接A相上桥臂中第1个子模块电容与第一个辅助电容正极，连接A相下桥臂中第N个子模块电容与第二个辅助电容正极，连接B相上桥臂中第1个子模块电容与第一个辅助电容负极，连接B相下桥臂中第N个子模块电容与第二个辅助电容负极。上述无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑，4组故障箝位二极管组中，位于A相上桥臂的，由一系列正极朝向子模块的箝位二极管构成，用以连接A相上桥臂子模块与“一次侧”直流母线正极；位于A相下桥臂的，由一系列正极朝向子模块的箝位二极管构成，用以连接A相下桥臂子模块与“一次侧”直流母线负极；位于B相上桥臂的，由一系列负极朝向子模块的箝位二极管构成，用以连接B相上桥臂子模块与“一次侧”直流母线正极；位于B相下桥臂的，由一系列负极朝向子模块的箝位二极管构成，用以连接B相下桥臂子模块与“一次侧”直流母线负极。附图说明图1是DC/DC换流器子模块的结构示意图；图2是无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑。具体实施方式为进一步阐述本专利技术的性能与工作原理，以下结合附图对对专利技术的构成方式与工作原理进行具体说明。但基于该原理的无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑不限于图2。参考图2，无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑，包括由A、B两相构成的半桥MMC模型，A、B两相分别由2N个改造后的半桥子模块串联而成；包括由4N+4个辅助二极管，2个辅助电容C1、C2，2个辅助IGBT模块T1、T2构成的自均压辅助回路，包括4组由一系列箝位二极管构成的故障箝位二极管组DAu、DAl、DBu、DBl。参考图1，无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑中改造后的子模块共有两类，其中组成A相的半桥子模块包含三个端口，常规端口分别自子模块IGBT模块中点和子模块电容负极引出，新增端口自子模块电容正极引出；组成B相的半桥子模块包含三个端口，常规端口分别自子模块电容正极和子模块IGBT模块中点引出，新增端口自子模块电容负极引出。参考图2，无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑中，改造后的子模块通过常规端口相互串联连接于故障箝位二极管组，并通过新增端口连接自均压辅助回路；自均压辅助回路中，辅助电容C1正极连接辅助IGBT模块T1，负极连接箝位二极管并入直流母线正极；辅助电容C2负极连接辅助IGBT模块T2，正极连接箝位二极管并入直流母线负极；箝位二极管，连接相邻子模块的新增端口，此外特殊地，连接A相上桥臂中第1个子模块电容与辅助电容C1正极，连接A相下桥臂中第N个子模块电容与辅助电容C2正极，连接B相上桥臂中第1个子模块电容与辅助电容C1负极，连接B相下桥臂中第N个子模块电容与辅助电容C2负极。参考图2，无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑中，位于A相上桥臂的故障箝位二极管组DAu，由一系列正极朝向子模块的箝位二极管构成，用以连接A相上桥臂子模块与“一次侧”直流母线正极；位于A相下桥臂的故障箝位二极管组DAl，由一系列正极朝向子模块的箝位二极管构成，用以连接A相下桥臂子模块与“一次侧”直流母线负极；位于B相上桥臂的故障箝位二极管组DBu，由一系列负极朝向子模块的箝位二极管构成，用以连接B相上桥臂子模块与“一次侧”直流母线正极；位于B相下桥臂的故障箝位二极管组DBl，由一系列负极朝向子模块的箝位二极管构成，用以连接B相下桥臂子模块与“一次侧”直流母线负极。无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑中，依靠拓扑本身对桥臂能量的均衡能力，变换器的“一次侧”、“二次侧”均能稳定地输出直流电压，以此可以不依赖AC环节的介入实现两侧直流能量的直接转换，同时能保证变换器两侧的故障隔离。由上述具体说明本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑，其特征在于：包括由A、B两相构成的半桥MMC模型，A、B两相分别由2
【技术特征摘要】
1.无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑，其特征在于：包括由A、B两相构成的半桥MMC模型，A、B两相分别由2N个改造后的半桥子模块串联而成；包括由4N+4个辅助二极管，2个辅助电容C1、C2，2个辅助IGBT模块T1、T2构成的自均压辅助回路；包括4组由一系列箝位二极管构成的故障箝位二极管组DAu、DAl、DBu、DBl。2.根据权利1所述的无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑，其特征在于：改造后的A相半桥子模块共有三个端口，其中常规端口分别自子模块IGBT模块中点和子模块电容负极引出，新增端口自子模块电容正极引出；改造后的B相半桥子模块共有三个端口，其中常规端口分别自子模块电容正极和子模块IGBT模块中点引出，新增端口自子模块电容负极引出；改造后的子模块通过常规端口相互串联连接于故障箝位二极管组，并通过新增端口连接自均压辅助回路。3.根据权利1所述的无需AC环节的模块化多电平DC/DC变换器拓扑，其特征在于：自均压辅助回路中，辅助电容C1正极连接辅助IGBT模块T1，负极连接箝位二极管并入直流母线正极；辅助电容C2负极连接辅助IGBT模块T2，正极连接箝位二极管并入直流母线负极；箝位二极管，连接相邻子模块的新增...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵成勇，刘航，许建中，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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