一种自均压DC/DC变换系统技术方案

本发明专利技术提供的一种自均压DC/DC变换系统，包括：高压直流端口、低压直流端口、端口电感、控制器以及至少一个变换单元，其中每个变换单元包括能量均衡电路以及多个功率子模块。相邻的处于切除状态的功率子模块电容通过能量均衡电路构成回路，串联电容自动均压，电容电压高的功率子模块会向电容电压低的功率子模块放电。通过简单的控制策略可以实现能量在功率子模块间的传递，进而实现高压直流端口和低压直流端口间持续的能量传递。本发明专利技术具有IGBT数量少、成本低、绝缘设计简单，电能质量较高，故障后重启速度快等优点。障后重启速度快等优点。障后重启速度快等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种自均压DC/DC变换系统


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种自均压DC/DC变换系统。

技术介绍

[0002]随着新能源发电规模与渗透率的不断升高，现有大规模新能源交流并网技术存在的有功无功耦合度高、暂稳态交互机理复杂，振荡风险大等问题逐渐突出。新能源直流并网技术具有控制维度少、汇集效率高、系统稳定性好等技术优势，目前已成为新能源规模化并网技术的重要发展方向。由于新能源输出直流电压等级较低，汇集与传输系统电压较高，因此，具备直流电压变换、系统潮流控制和故障限流功能的高压大变比DC/DC变换器成为海上风电、大规模光伏等新能源全直流并网的核心装备，具有广阔的应用前景。
[0003]因电气拓扑与开关器件能力的限制，传统Buck、Boost等DC/DC变换器因其电气拓扑与开关器件能力的限制在运行电压、容量、效率以及电压变比方面存在短板，基于此，现有技术提出了几种变换器：基于DAB(Dual Active Bridge，双有源桥)的ISOP(Input Series Output Parallel，输入串联输出并联)型DC/DC变换器，基于LC谐振升压型DC/DC变换器，以及无主动开关的模块化谐振式非隔离型DC/DC变换器等电气拓扑，以满足DC/DC变换器高电压、大功率、高变比的工程应用要求。
[0004]但是，以上变换器存在不同技术问题，具体为：基于DAB的ISOP型DC/DC变换器，为了满足高压大容量应用需求，采用多个小容量DC/DC变换器采用输入侧并联和输出侧串联的连接方式，从而有效降低了每个DCDC变换器的容量和端口电压，然而，每个隔离变压器均需隔离直流高压系统电压，绝缘设计难度大，且绝缘成本高；基于LC谐振升压型DC/DC变换器通过LC谐振实现升压功能，无需变压器，但是变换器输入输出电流为的波形较差，所需较大的滤波装置，并且，由于共用谐振电容，导致高、低压侧绝缘等级相同，高低压晶闸管需要按照相同的电压等级进行选取，考虑谐振电容电压通常为高压侧额定电压的1.2到1.4倍，故所需功率器件个数较多；无主动开关的模块化谐振式非隔离型DC/DC变换器，利用级联的LC谐振电路，实现电压逐级提升和能量逐级传输，当开关频率小于谐振频率时，可以利用LC谐振电路实现开关器件的零电流开关，减小开关损耗，但是，该电气拓扑在直流汇集系统发生短路故障时，谐振电容将对短路故障点放电至零，增加了系统故障电流，且不利于新能源场站故障后的快速重启。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术为了解决现有技术中存在故障电流、快速恢复困难、控制策略复杂以及装备成本高的问题，从而提供一种自均压DC/DC变换系统。
[0006]本专利技术提供一种自均压DC/DC变换系统，包括：高压直流端口、低压直流端口、端口电感、控制器以及至少一个变换单元，其中每个变换单元包括能量均衡电路以及多个功率子模块，
[0007]变换单元为多个时，各变换单元通过直流端口并联连接；
[0008]端口电感设置于高压直流端口以及低压直流端口；
[0009]各功率子模块串联连接，相邻两个功率子模块通过二极管连接形成能量均衡电路，相邻的处于切除状态的功率子模块电容通过能量均衡电路构成回路，两个功率子模块电容串联并自动均压，因此，电压高的功率子模块电容会向电压低的功率子模块电容放电；
[0010]控制器与变换单元的控制端相连，用于按照预设规律循环控制多个功率子模块的投入与切除状态，功率子模块通过所述能量均衡电路进行高压直流端口和低压直流端口间能量传递。
[0011]可选的，功率子模块，包括：功率传递电路、直流支撑电容、两个主电路端子以及两个辅助端子；其中：
[0012]功率传递电路与直流支撑电容并联连接；其中，所述功率传递电路为全桥电路或半桥电路；
[0013]功率传递电路为半桥电路时，半桥电路的中性点以及直流支撑电容正极或负极作为功率子模块的主电路端子；
[0014]功率传递电路为全桥电路时，全桥电路的两个中性点作为功率子模块的主电路端子；
[0015]相邻功率子模块的主电路端子串联连接；
[0016]直流支撑电容的正极和负极连接功率子模块的辅助端子。
[0017]可选的，能量均衡电路为二极管单向均衡电路或者二极管双向均衡电路。
[0018]可选的，相邻两个功率子模块内直流支撑电容的正极通过二极管连接，或者相邻两个功率子模块内直流支撑电容的负极通过二极管连接，全部二极管同向串联连接，形成二极管单向均衡电路。
[0019]可选的，相邻两个功率子模块内直流支撑电容的正极之间，以及，直流支撑电容的负极之间通过二极管相连，与正极相连的二极管同向串联连接，与负极相连的所述二极管同向串联连接，形成二极管双向均衡电路。
[0020]可选的，各功率子模块的主电路端子依次串联连接，串联后的正极和负极作为高压直流端口的两个端子；
[0021]串联后的负极与任意两个相邻功率子模块的串联连接点，作为低压直流端口的两个端子。
[0022]可选的，高压直流端口和低压直流端口的端子分别串联端口电感。
[0023]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0024]专利技术提供的自均压DC/DC变换系统，直流端口接入连接电源和负载后，与电源连接的子模块电容因充电电压升高，与负载连接的子模块电容因放电电压降低，变换单元中的功率子模块电容电压呈降序排列或升序排列，通过控制策略可以实现能量从高压功率子模块依次向低压功率子模块传递，进而实现高压直流端口和低压直流端口间持续的能量传递，无需引入复杂的控制系统，也无需实时采集电容电压信息，避免对采得信息进行海量的计算，降低了系统的装备成本，不会给系统增加故障电流，在新能源场站故障后能够快速重启，同时具备IGBT数量少、绝缘设计简单，电能质量较高等优点。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例提供的自均压DC/DC变换系统的一结构示意图；
[0027]图2
‑
图6分别为本专利技术实施例提供的自均压DC/DC变换系统的各个结构示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0030]本专利技术实施例提供的自均压DC/DC变换系统，其结构示意图如图1所示，包括：高压直流端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自均压DC/DC变换系统，其特征在于，包括：高压直流端口、低压直流端口、端口电感、控制器以及至少一个变换单元，其中每个变换单元包括能量均衡电路以及多个功率子模块；变换单元为多个时，各所述变换单元通过直流端口并联连接；所述端口电感设置于所述高压直流端口和所述低压直流端口；各所述功率子模块串联连接构成变换单元，相邻两个所述功率子模块通过二极管连接形成所述能量均衡电路；所述控制器与所述变换单元的控制端相连，用于按照预设规律循环控制多个功率子模块的投入与切除状态，功率子模块通过所述能量均衡电路进行高压直流端口和低压直流端口间能量传递。2.根据权利要求1所述的自均压DC/DC变换系统，其特征在于，所述功率子模块，包括：功率传递电路、直流支撑电容、两个主电路端子以及两个辅助端子；其中：所述功率传递电路与所述直流支撑电容并联连接；其中，所述功率传递电路为全桥电路或半桥电路；所述功率传递电路为半桥电路时，半桥电路的中性点以及所述直流支撑电容正极或负极作为所述功率子模块的主电路端子；所述功率传递电路为全桥电路时，全桥电路的两个中性点作为所述功率子模块的主电路端子；相邻所述功率子模块的主电路端子串联连接；所述直流支撑电容的正极和负极连接所述功率子模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈骞，姜喆，高冲，王新颖，林志光，裘鹏，陆翌，陈凯龙，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：