本发明专利技术公开了一种双极型模块化多电平DC/DC变换器，包括M个相单元和控制器，且各个相单元均包括上桥臂单元和下桥臂单元两个桥臂单元，构成双极型变换器，控制器通过控制各个相单元中的左桥臂、右桥臂以及中间桥臂的输出，以实现对变换器进行电能转换的控制。可见，本申请中通过构成双极型变换器，每相相单元中的上桥臂单元和下桥臂单元均可进行功率变换传输，且省去了传统变换器所需要的交流环节中高频变压器，减少了变换环节，提高了功率传输效率，大幅降低了设计难度和设备成本，又由于左桥臂和右桥臂由半桥子模块桥臂构成，中间桥臂由全桥子模块构成，变换器的电压和功率等级高，易于拓展，从而实现直流大功率的双向传输。从而实现直流大功率的双向传输。从而实现直流大功率的双向传输。
【技术实现步骤摘要】
一种双极型模块化多电平DC/DC变换器
[0001]本专利技术涉及电力电子
，特别是涉及一种双极型模块化多电平DC/DC变换器。
技术介绍
[0002]近年来，随着直流电力系统的迅速发展，国内外对高压直流输电技术的研究日益深入。高压直流输电技术快速的发展需求对直流变换器的性能提出了更高的要求，其中高功率密度、直流潮流控制及故障保护技术对高压直流电力系统的安全可靠运行有着极其重要的作用。
[0003]对于直流电力系统的灵活性、可靠性和降成本需求，现有技术中通常采用模块化多电平DC/DC(直流/直流)变换器实现不同或相同电压等级的直流线路互联互通，目前模块化多电平DC/DC变换器以隔离型MMC
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DAB(Modular Multilevel Converter
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Dual Active Bridge，模块化多电平换流器与双有源桥结合)变换器和非隔离单极型DC
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MMC为主。其中，隔离型MMC
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DAB变换器由两个电压源变换器通过一个中间变压器互联，具有双向功率传输和直流故障隔离的优点，但在高压应用中，对中间变压器施加高电压产生的绝缘和电磁干扰问题，限制了此类拓扑在直流电网中更高电压等级中的应用；非隔离单极型DC
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MMC利用交流功率回路和直流功率回路平衡各个子模块中的电容电压，在缺乏电气隔离的情况下，也可以通过故障自清除的子模块实现故障隔离，该结构具有变换环节少、变换损耗低及易于控制等优点，但由于存在桥臂功率不平衡的问题，在高压的应用中，需要相当大的内部无功环流来平衡臂间能量，这大幅提高了开关损耗，故此类变换器只适应于中低压工作环境中。
[0004]综上，设计一种高可靠性，且工作电压范围较大的变换器，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种双极型模块化多电平DC/DC变换器，通过构成双极型变换器，每相相单元中的上桥臂单元和下桥臂单元均可进行功率变换传输，且省去了传统变换器所需要的交流环节中高频变压器，减少了变换环节，提高了功率传输效率，大幅降低了设计难度和设备成本，又由于左桥臂和右桥臂由半桥子模块桥臂构成，中间桥臂由全桥子模块构成，变换器的电压和功率等级高，易于拓展，从而实现直流大功率的双向传输。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种双极型模块化多电平DC/DC变换器，
[0007]包括M个相单元和控制器，各个所述相单元均包括关于o点对称的上桥臂单元和下桥臂单元，所述上桥臂单元和所述下桥臂单元均包括相互连接的左桥臂、右桥臂与中间桥臂；所述左桥臂与所述右桥臂均包括依次串联的桥臂电感与N1个半桥子模块；所述中间桥臂包括依次串联的中间桥臂电感和N2个全桥子模块；第m相所述上桥臂单元中的左桥臂与第m相所述下桥臂单元中的左桥臂与输入侧直流母线连接并构成输入侧端口，第m相所述上
桥臂单元中的右桥臂与第m相所述下桥臂单元中的右桥臂与输出侧直流母线连接并构成输出侧端口；M≥2，1≤m≤M，N1、N2、m和M均为正整数；
[0008]所述控制器用于控制各个所述相单元中所述上桥臂单元和所述下桥臂单元中的左桥臂基于输入侧直流母线电压生成输入侧桥臂直流电压分量和输入侧桥臂交流电压分量；并控制各个所述相单元中所述上桥臂单元和所述下桥臂单元中的右桥臂生成输出侧桥臂直流电压分量和输出侧桥臂交流电压分量；以及控制各个所述相单元中所述上桥臂单元和所述下桥臂单元中的所述中间桥臂生成交流电压分量；以控制所述变换器进行电能转换。
[0009]优选地，同一个相单元中同一桥臂单元中的所述左桥臂的一端与输入侧直流母线连接，另一端与所述右桥臂的一端及所述中间桥臂的一端连接，所述右桥臂的另一端与输出侧直流母线连接，所述中间桥臂的另一端通过接地电感与中点o处相连并接地。
[0010]优选地，所述半桥子模块包括半桥直流储能电容、第一半桥开关管、第二半桥开关管、第一半桥反向续流二极管和第二半桥反向续流二极管，所述第一半桥开关管和所述第二半桥开关管串联，所述第一半桥开关管的两端与所述第一半桥反向续流二极管并联，所述第二半桥开关管的两端与所述第二半桥反向续流二极管并联；所述第一半桥反向续流二极管的阴极与所述半桥直流储能电容的正极连接，所述第二半桥反向续流二极管的阳极与所述半桥直流储能电容的负极连接。
[0011]优选地，所述全桥子模块包括全桥直流储能电容、第一全桥开关管、第二全桥开关管、第三全桥开关管、第四全桥开关管、第一全桥反向续流二极管、第二全桥反向续流二极管、第三全桥反向续流二极管和第四全桥反向续流二极管，所述第一全桥开关管和所述第二全桥开关管串联，所述第三全桥开关管和所述第四全桥开关管串联，所述第一全桥开关管的两端与所述第一全桥反向续流二极管并联，所述第二全桥开关管的两端与所述第二全桥反向续流二极管并联，所述第三全桥开关管的两端与所述第三全桥反向续流二极管并联，所述第四全桥开关管的两端与所述第四全桥反向续流二极管并联；所述第一全桥反向续流二极管和所述第三全桥反向续流二极管的阴极与所述全桥直流储能电容的正极连接，所述第二全桥反向续流二极管所述第四全桥反向续流二极管的阳极与所述全桥直流储能电容的负极连接。
[0012]优选地，所述半桥子模块和所述全桥子模块中的开关管为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)开关管。
[0013]优选地，所述控制器还用于在检测到所述输入侧端口或者所述输出侧端口出现单极短路故障时，控制所述单极短路故障所在所述桥臂单元中的所述左桥臂和所述右桥臂中各个半桥子模块的开关管，以及所述中间桥臂的各个全桥子模块中的开关管闭锁。
[0014]优选地，所述控制器还用于在检测到所述输入侧端口或者所述输出侧端口出现双极短路故障时，控制所述双极短路故障所在所述相单元中的各个半桥子模块的开关管，以及各个全桥子模块中的开关管闭锁。
[0015]优选地，所述控制器还用于控制同一个相单元中所述上桥臂单元中的左桥臂的输入侧桥臂交流电压分量的幅值、右桥臂的输出侧桥臂交流电压分量的幅值以及所述中间桥臂的交流电压分量，与所述下桥臂单元中的左桥臂的输入侧桥臂交流电压分量的幅值、右桥臂的输出侧桥臂交流电压分量的幅值以及所述中间桥臂的交流电压分量的幅值均相同。
[0016]优选地，所述控制器还用于控制同一个所述相单元中所述上桥臂单元中的中间桥臂的桥臂电流与所述下桥臂单元中的中间桥臂的桥臂电流相等。
[0017]优选地，所述控制器还用于控制各个所述相单元的桥臂电流，使各个所述相单元之间的桥臂电流的相位依次相差2π/M。
[0018]本申请提供了一种双极型模块化多电平DC/DC变换器，包括M个相单元和控制器，且各个相单元均包括上桥臂单元和下桥臂单元两个桥臂单元，构成双极型变换器，控制器通过控制各个相单元中的左桥臂、右桥臂以及中间桥臂的输出，以实现对变换器进行电能转换的控制。可见，本申本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双极型模块化多电平DC/DC变换器，其特征在于，包括M个相单元和控制器，各个所述相单元均包括关于o点对称的上桥臂单元和下桥臂单元，所述上桥臂单元和所述下桥臂单元均包括相互连接的左桥臂、右桥臂与中间桥臂；所述左桥臂与所述右桥臂均包括依次串联的桥臂电感与N1个半桥子模块；所述中间桥臂包括依次串联的中间桥臂电感和N2个全桥子模块；第m相所述上桥臂单元中的左桥臂与第m相所述下桥臂单元中的左桥臂与输入侧直流母线连接并构成输入侧端口，第m相所述上桥臂单元中的右桥臂与第m相所述下桥臂单元中的右桥臂与输出侧直流母线连接并构成输出侧端口；M≥2，1≤m≤M，N1、N2、m和M均为正整数；所述控制器用于控制各个所述相单元中所述上桥臂单元和所述下桥臂单元中的左桥臂基于输入侧直流母线电压生成输入侧桥臂直流电压分量和输入侧桥臂交流电压分量；并控制各个所述相单元中所述上桥臂单元和所述下桥臂单元中的右桥臂生成输出侧桥臂直流电压分量和输出侧桥臂交流电压分量；以及控制各个所述相单元中所述上桥臂单元和所述下桥臂单元中的所述中间桥臂生成交流电压分量；以控制所述变换器进行电能转换。2.如权利要求1所述的双极型模块化多电平DC/DC变换器，其特征在于，同一个相单元中同一桥臂单元中的所述左桥臂的一端与输入侧直流母线连接，另一端与所述右桥臂的一端及所述中间桥臂的一端连接，所述右桥臂的另一端与输出侧直流母线连接，所述中间桥臂的另一端通过接地电感与中点o处相连并接地。3.如权利要求1所述的双极型模块化多电平DC/DC变换器，其特征在于，所述半桥子模块包括半桥直流储能电容、第一半桥开关管、第二半桥开关管、第一半桥反向续流二极管和第二半桥反向续流二极管，所述第一半桥开关管和所述第二半桥开关管串联，所述第一半桥开关管的两端与所述第一半桥反向续流二极管并联，所述第二半桥开关管的两端与所述第二半桥反向续流二极管并联；所述第一半桥反向续流二极管的阴极与所述半桥直流储能电容的正极连接，所述第二半桥反向续流二极管的阳极与所述半桥直流储能电容的负极连接。4.如权利要求1所述的双极型模块化多电平DC/DC变换器，其特征在于，所述全桥子模块包括全桥直流储能电容、第一全桥开关管、第二全桥开关管、第三全桥开关管、第四全桥开关管、第一全桥反向续流二极管、第二全桥反向续流二极管、第三全桥反向续流二极管和第四...
【专利技术属性】
技术研发人员：马文忠，王晓康，李维国，周露露，孟繁丞，王明清，刘星宇，李冰，韩嘉，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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