CN109194130A - 一种单向直流电压变换装置和系统及其控制方法 - Google Patents

一种单向直流电压变换装置和系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种单向直流电压变换装置和系统及其控制方法。所述单向直流电压变换装置由前级开关电路、后级开关电路、前级电路、前级辅助隔离开关、后级辅助隔离开关以及功率主电路构成。其中，功率主电路由全控型H桥电路、高频变压器、谐振元件、不控型H桥电路和输入/输出电容组成，不控型H桥电路的每个半桥的上下桥臂均采用多个串联二极管组成。结合前级、后级开关电路以及隔离开关。单向直流电压变换装置可以采用多台进行自由串并联组合，构成系统，对负载的电压和电流需求有更大的适用范围，同时再结合串联二极管技术，在高电压系统下，可以大大降低单向直流电压变换装置的使用个数，降低系统成本，提高变换装置功率密度。

Description

一种单向直流电压变换装置和系统及其控制方法
技术领域
本发明属于电力电子应用领域，具体涉及一种单向直流电压变换装置和系统及其控制方法，尤其适用于光伏等新能源直流并网、融冰装置等应用。
背景技术
直流电压变换装置作为直流电网中，实现电压变换的重要组成设备，获得了越来越多直流电网领域学者们的关注。为实现中/低压至高压直流母线的电能变换，受开关管器件应力和成本的影响，易采用多个隔离型的直流电压变换装置，每一个装置作为一个子单元，并将其高压端口串联、低压端口并联后(ISOP或IPOS结构)，应用于电压等级更高、功率等级更大的场合。为此，基于双有源桥(DAB)电路的直流电压变换装置是目前最常见的隔离型直流电压变换装置。
双向直流电压变换装置采用双有源桥(DAB)电路，在单向电能传输的场合，可以对DAB电路进行简化以降低系统成本：逆变侧采用由开关器件构成的全控型H桥逆变电路，而整流侧采用二极管全桥不控整流电路，该电路也被称为移相全桥电路结构，如此简化以后，原有DAB电路两侧全控型H桥逆变电路的驱动控制得到简化，可以避开两侧全控型H桥逆变电路的驱动同步问题，同时将开关管替换为二极管，也大大降低了装置的成本。
然而随着光伏新能源等直流并网需求的发展，为了降低线路损耗，实现光伏发电更远的输送距离和输送容量，系统电压等级不断被提升，然而单个器件的电压耐受能力是一定的，为了满足更高的电压等级应用，现有技术直流电压变换装置高压侧需要配置更多的串联子模块，这不仅会降低系统的可靠性，增加系统的成本，也使的系统的控制策略更加复杂。
此外对于某些特定的应用场合，如利用单向直流电压变换装置对直流线路进行融冰，融冰的线路的长度不确定，等效的负载电阻不确定，对装置的工作范围要求更高。因此，需要一种通用性更强的直流电压变换装置，在不增加太多成本的前提下，满足更高工作范围的需求。
发明内容
本发明的目的是为解决上述的技术问题，提出一种单向直流电压变换装置和系统其控制方法，在不增加太多成本的前提下，满足更高工作范围的需求。
为了达成上述目的，本发明的技术方案是：
一种单向直流电压变换装置，所述单向直流电压变换装置包含两个输入端口和两个输出端口，并由前级开关电路、前置电路、功率主电路、后级开关电路、前级辅助隔离开关以及后级辅助隔离开关组成；其中，前级开关电路、前置电路、功率主电路以及后级开关电路均为两端口电路，各电路的前后级端口按照上述顺序依次级联；
前级开关电路的前级端口即为单向直流电压变换装置第一输入端口，包含一个输入正端和一个输入负端；后级开关电路的后级端口即为单向直流电压变换装置第一输出端口，包含一个输出正端和一个输出负端；
前级开关电路的后级与前置电路前级级联时，该端口的负端连接前级辅助隔离开关并与正端构成单向直流电压变换装置的第二输入端口；功率主电路的后级与后级开关电路的前级级联时，该端口的负端连接后级辅助隔离开关并与正端构成单向直流电压变换装置的第二输出端口；
所述单向直流电压变换装置的功率主电路包含一个全控型H桥电路、一个高频变压器、一个谐振元件、一个不控型H桥电路、一个输入电容和一个输出电容；其中，高频变压器包含两个绕组，定义为原边绕组和副边绕组；谐振元件串联接入高频变压器的任意一个绕组；全控型H桥电路包含两个半桥，定义为第一半桥和第二半桥，每个半桥的桥臂由一个全控型开关器件构成；不控型H桥电路同样包含两个半桥，定义为第三半桥和第四半桥，每个半桥的上下桥臂均由M个二极管串联构成，M为大于等于2的任意正整数。
全控型H桥电路的直流侧并联输入电容，构成功率主电路的前级端口，全控型H桥电路的交流侧连接高频变压器的原边绕组；不控型H桥电路的交流侧连接高频变压器的副边绕组，不控型H桥电路的直流侧并联输出电容，构成功率主电路的后级端口。
所述单向直流电压变换装置的前级开关电路，包含三个隔离开关，分别为正极隔离开关、负极隔离开关和旁路开关；旁路开关的两端，构成单向直流电压变换装置的前级开关电路的后级端口，正极隔离开关与负极隔离开关的一端分别与旁路开关的两端连接，正极隔离开关与负极隔离开关的另一端，构成单向直流电压变换装置的前级开关电路的前级端口。
所述单向直流电压变换装置的后级开关电路，包含三个隔离开关，分别为正极隔离开关、负极隔离开关和旁路开关；旁路开关的两端，构成单向直流电压变换装置的后级开关电路的前级端口，正极隔离开关与负极隔离开关的一端分别与旁路开关的两端连接，正极隔离开关与负极隔离开关的另一端，构成单向直流电压变换装置的后级开关电路的后级端口。
所述单向直流电压变换装置的前置电路采用全桥电路构成；全桥电路由四个全控型开关器件构成；全桥电路交流侧并联一个旁路隔离开关后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的前级端口；全桥电路直流侧并联一个母线电容后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的后级端口。
所述单向直流电压变换装置的前置电路采用半桥电路构成；半桥电路由两个全控型开关器件构成；半桥电路中点和负端之间并联一个旁路隔离开关后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的前级端口；半桥电路正负端之间并联一个母线电容后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的后级端口。
所述单向直流电压变换装置的前置电路前级端口的正端和后级端口的正端之间，串联一个熔断器和一个隔离开关，前、后级端口的负端之间采用导线直连。
本发明同时提供了上述单向直流电压变换装置的控制方法，
正常工作时，所述单向直流电压变换装置子单元的全控型H桥电路采用如下驱动脉冲控制方法：
第一半桥和第二半桥上下两个开关管的驱动脉冲分别互补导通，同时第一半桥与第二半桥的上管脉冲驱动占空比相同且交错180°，定义两个上管的占空比为D，D为可变控制量，变化区间为0～1；
定义该脉冲驱动控制方法为第一驱动控制方法。
正常工作时，所述单向直流电压变换装置子单元的全控型H桥逆变电路采用如下驱动脉冲控制方法：
第一半桥和第二半桥上下两个开关管的驱动脉冲分别互补导通，同时第一半桥与第二半桥的上管脉冲驱动占空比相同且交错角度为θ，两个上管的占空比恒定为0.5，定义交错角度θ为移相角，且θ为可变控制量，变化区间为0～180°；
定义该脉冲驱动控制方法为第二驱动控制方法。
本发明同时提供了一种单向直流电压变换系统，所述单向直流电压变换系统包含N个上述的单向直流电压变换装置，其中，N为大于等于2的任意正整数；所有单向直流电压变换装置采用如下连接方式：
将所有单向直流电压变换装置的第一输入端口全部并联，将所有单向直流电压变换装置的第一输出端口全部并联；
将所有单向直流电压变换装置的第二输入端口依次串联，即第一个装置的第二输入端口的负端与第二个装置的第二输入端口的正端连接，依次类推，第一个装置的正端与第N个装置的负端悬空；
将所有单向直流电压变换装置的第二输出端口依次串联，即第一个装置的第二输出端口的负端与第二个装置的第二输出端口的正端连接，依次类推，第一个装置的正端与第N个装置的负端悬空。
本发明同时提供了上述单向直流电压变换系统的控制方法，所述方法采用驱动脉冲交错控制机制，具体方法如下：
依次将各单向直流电压变换装置的第一半桥对应开关管的驱动脉冲交错360°/N。
所述单向直流电压变换装置发生短时性故障时，采用如下控制方式：
实时检测单向直流电压变换装置的工作状态，如发生故障，同时闭锁该单向直流电压变换装置的全控型H桥电路四个开关管脉冲驱动，进行故障隔离；待故障恢复后，重新解锁全控型H桥电路四个开关管脉冲驱动，完成故障穿越。
所述单向直流电压变换装置发生永久性故障时，采用如下控制方式：
实时检测单向直流电压变换装置的工作状态，如发生故障，同时闭锁该单向直流电压变换装置的全控型H桥电路四个开关管脉冲驱动，进行故障隔离；故障无法恢复，则改变前级开关电路和后级开关电路的工作状态，完成永久故障隔离。
有益效果：
(1)单向直流电压变换装置采用了二极管串联的不控型H桥电路，通过器件串联的方法，能够显著提高输出端口的电压等级；
(2)由于输出端口的电压等级的提高，当需要多个装置进行串并联组合以实现高电压和大功率等级等应用时，本发明的方案能够大幅减少单向直流电压变换装置作为子单元的数目，提高系统的可靠性，降低系统的成本，简化系统的控制策略。
(3)本发明提出了一种多装置之间的驱动脉冲交错控制方法，能够解决二极管不控整流导致的输出电容电压脉动较大的问题，显著降低装置的输出侧电压和电流纹波幅值，提高纹波频率，降低输出滤波器的设计要求。
(4)装置自带开关电路、前置电路和辅助隔离开关等部分，采用多装置进行组合时，能够在不改变外部接线的情况下，自由实现多装置之间的串联和并联切换，在不增加太多成本的前提下，满足更高工作范围的需求。
附图说明
图1为：本发明提出的一种单向直流电压变换装置的结构框图。
图2为：本发明提出的一种多个单向直流电压变换装置组成系统的结构框图。
图3为：前级开关电路的结构框图。
图4为：后级开关电路的结构框图。
图5为：基于全桥电路的前置电路结构框图。
图6为：基于半桥电路的前置电路结构框图。
图7为：基于熔断器和隔离开关串联的前置电路结构框图。
图8为：第一驱动控制方案的开关管驱动波形示意图。
图9为：第二驱动控制方案的开关管驱动波形示意图。
图10为：输入端口两串三并而输出端口三串两并的单向直流电压变换系统结构框图。
具体实施方式
本发明提供一种单向直流电压变换装置及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合附图对本发明进行详细说明。
应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
所述单向直流电压变换装置包含两个输入端口和两个输出端口，并由前级开关电路、前置电路、功率主电路、后级开关电路、前级辅助隔离开关以及后级辅助隔离开关组成；其中，前级开关电路、前置电路、功率主电路以及后级开关电路均为两端口电路，各电路的前后级端口按照上述顺序依次级联；
前级开关电路的前级端口即为单向直流电压变换装置第一输入端口，包含一个输入正端和一个输入负端；后级开关电路的后级端口即为单向直流电压变换装置第一输出端口，包含一个输出正端和一个输出负端；
前级开关电路的后级与前置电路前级级联时，该端口的负端连接前级辅助隔离开关并与正端构成单向直流电压变换装置的第二输入端口；功率主电路的后级与后级开关电路的前级级联时，该端口的负端连接后级辅助隔离开关并与正端构成单向直流电压变换装置的第二输出端口。
如图1所示为本发明提出的一种单向直流电压变换装置的结构框图，图1中，组件1为功率主电路，组件2为前置电路，组件3为前级开关电路，组件4为后级开关电路，组件5和组件6分别是前级辅助隔离开关和后级辅助隔离开关，组件7表示前级开关电路与前置电路级联端口的正端，组件8表示前级开关电路与前置电路级联端口的负端，组件7和组件8共同构成所述单向直流变换装置的第二输入端口；组件9表示功率主电路与后级开关电路级联端口的正端，组件10表示功率主电路与后级开关电路级联端口的负端，组件9和组件10共同构成所述单向直流变换装置的第二输出端口；组件a和组件b表示前级开关电路的前级端口正负两端，构成所述单向直流变换装置的第一输入端口；组件c和组件d表示后级开关电路的后级端口正负两端，构成所述单向直流变换装置的第一输出端口。
所述单向直流电压变换装置的功率主电路包含一个全控型H桥电路、一个高频变压器、一个谐振元件、一个不控型H桥电路、一个输入电容和一个输出电容；其中，高频变压器包含两个绕组，定义为原边绕组和副边绕组；谐振元件串联接入高频变压器的任意一个绕组；全控型H桥电路包含两个半桥，定义为第一半桥和第二半桥，每个半桥的桥臂由一个全控型开关器件构成；不控型H桥电路同样包含两个半桥，定义为第三半桥和第四半桥，每个半桥的上下桥臂均由M个二极管串联构成，M为大于等于2的任意正整数。
全控型H桥电路的直流侧并联输入电容，构成功率主电路的前级端口，全控型H桥电路的交流侧连接高频变压器的原边绕组；不控型H桥电路的交流侧连接高频变压器的副边绕组，不控型H桥电路的直流侧并联输出电容，构成功率主电路的后级端口。
如图1所示的组件1，组件101是高频变压器，组件102是谐振支路，组件103是第一半桥，组件104是第二半桥，组件103和组件104共同构成全控型H桥电路，组件105是第三半桥，组件106是第四半桥，组件105和106共同构成不控型H桥电路，组件107和108分别是输入电容和输出电容。
当采用N个单向直流电压变换装置构成高电压或大功率的单向直流电压变换系统时，N为大于等于2的任意正整数，所有单向直流电压变换装置采用如下连接方式：
将所有单向直流电压变换装置的第一输入端口全部并联，将所有单向直流电压变换装置的第一输出端口全部并联；
将所有单向直流电压变换装置的第二输入端口依次串联，即第一个装置的第二输入端口的负端与第二个装置的第二输入端口的正端连接，依次类推，第一个装置的正端与第N个装置的负端悬空；
将所有单向直流电压变换装置的第二输出端口依次串联，即第一个装置的第二输出端口的负端与第二个装置的第二输出端口的正端连接，依次类推，第一个装置的正端与第N个装置的负端悬空；
如图2所示为本发明提出的一种多个单向直流电压变换装置组成系统的结构框图，其中，组件11、组件21、组件31、组件41、组件51和组件61分别为第一个单向直流电压变换装置的功率主电路、前置电路、前级开关电路、后级开关电路、前级辅助隔离开关和后级辅助隔离开关；组件12、组件22、组件32、组件42、组件52和组件62分别为第二个单向直流电压变换装置的功率主电路、前置电路、前级开关电路、后级开关电路、前级辅助隔离开关和后级辅助隔离开关；以此类推，组件1N、组件2N、组件3N、组件4N、组件5N和组件6N分别为第N个单向直流电压变换装置的功率主电路、前置电路、前级开关电路、后级开关电路、前级辅助隔离开关和后级辅助隔离开关。组件31至组件3N的前级端口并联，组件41至组件4N的后级端口并联；组件51和组件61是第1个单向直流电压变换装置的前级和后级辅助隔离开关，分别连接第2个单向直流电压变换装置的第二输入端口正极和第二输出端口正极，以此类推，组件5N和组件6N是第N个单向直流电压变换装置的前级和后级辅助隔离开关，悬空处理。
所述单向直流电压变换装置的前级开关电路，包含三个隔离开关，分别为正极隔离开关、负极隔离开关和旁路开关；旁路开关的两端，构成单向直流电压变换装置的前级开关电路的后级端口，正极隔离开关与负极隔离开关的一端分别与旁路开关的两端连接，正极隔离开关与负极隔离开关的另一端，构成单向直流电压变换装置的前级开关电路的前级端口。
如图3所示，为前级开关电路的结构图，组件301是正极隔离开关，组件302是负极隔离开关，组件303是旁路开关。所述单向直流电压变换装置的后级开关电路，包含三个隔离开关，分别为正极隔离开关301、负极隔离开关302和旁路开关303；旁路开关303的两端，构成单向直流电压变换装置的后级开关电路的前级端口，正极隔离开关301与负极隔离开关302的一端分别与旁路开关303的两端连接，正极隔离开关301与负极隔离开关302的另一端，构成单向直流电压变换装置的后级开关电路的后级端口。
如图4所示，为后级开关电路的结构图，组件401是正极隔离开关，组件402是负极隔离开关，组件403是旁路开关。
所述单向直流电压变换装置的前置电路采用全桥电路构成；全桥电路由四个全控型开关器件构成；全桥电路交流侧并联一个旁路隔离开关后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的前级端口；全桥电路直流侧并联一个母线电容后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的后级端口。如图5所示为基于全桥电路的前置电路结构框图，组件201是全桥电路，组件202是母线电容，组件203是旁路隔离开关。
所述单向直流电压变换装置的前置电路采用半桥电路构成；半桥电路由两个全控型开关器件构成；半桥电路中点和负端之间并联一个旁路隔离开关后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的前级端口；半桥电路正负端之间并联一个母线电容后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的后级端口。如图6所示为基于半桥电路的前置电路结构框图，组件204是半桥电路，组件202是母线电容，组件203是旁路隔离开关。
所述单向直流电压变换装置的前置电路前级端口的正端和后级端口的正端之间，串联一个熔断器和一个隔离开关，前、后级端口的负端之间采用导线直连。
如图7所示为基于熔断器和隔离开关串联的前置电路结构框图，组件205是熔断器，组件206是隔离开关。
本发明提出了上述单向直流电压变换装置的控制方法，正常工作时，所述单向直流电压变换装置子单元的全控型H桥电路采用如下驱动脉冲控制方法：
第一半桥和第二半桥上下两个开关管的驱动脉冲分别互补导通，同时第一半桥与第二半桥的上管脉冲驱动占空比相同且交错180°，定义两个上管的占空比为D，D为可变控制量，变化区间为0～1；定义该脉冲驱动控制方法为第一驱动控制方法。
如图8所示，为第一驱动控制方法下全控型H桥四个开关管的驱动脉冲示意图，图中T表示一个开关周期，Q1和Q2分别表示第一半桥上管和下管的驱动脉冲，Q3和Q4分别表示第二半桥上管和下管的驱动脉冲，D*T即为两个上管在一个开关周期内的开通时间，D为可调量。
正常工作时，所述单向直流电压变换装置子单元的全控型H桥逆变电路采用如下驱动脉冲控制方法：
第一半桥和第二半桥上下两个开关管的驱动脉冲分别互补导通，同时第一半桥与第二半桥的上管脉冲驱动占空比相同且交错角度为θ，两个上管的占空比恒定为0.5，定义交错角度θ为移相角，且θ为可变控制量，变化区间为0～180°；定义该脉冲驱动控制方法为第二驱动控制方法。
如图9所示，为第二驱动控制方法下，全控型H桥四个开关管的驱动脉冲示意图，图中T表示一个开关周期，Q1和Q2分别表示第一半桥上管和下管的驱动脉冲，Q3和Q4分别表示第二半桥上管和下管的驱动脉冲，θ*T/360即为两个上管开通时刻相差的时间，θ为可调量。
若采用N个所述单向直流电压变换装置构成单向直流电压变换系统时，N为大于等于2的任意正整数，则单向直流电压变换系统包含一种驱动脉冲交错控制机制，方法如下：
依次将各单向直流电压变换装置的第一半桥对应开关管的驱动脉冲交错360°/N。
所述单向直流电压变换装置发生短时性故障时，采用如下控制方式：
实时检测单向直流电压变换装置的工作状态，如发生故障，同时闭锁该单向直流电压变换装置的全控型H桥电路四个开关管脉冲驱动，进行故障隔离；待故障恢复后，重新解锁全控型H桥电路四个开关管脉冲驱动，完成故障穿越。
所述单向直流电压变换装置发生永久性故障时，采用如下控制方式：
实时检测单向直流电压变换装置的工作状态，如发生故障，同时闭锁该单向直流电压变换装置的全控型H桥电路四个开关管脉冲驱动，进行故障隔离；故障无法恢复，则改变前级开关电路和后级开关电路的工作状态，完成永久故障隔离。
为定量说明本专利的调节原理，以下通过一个实例，介绍本专利方案的应用方法。
如图10所示为输入端口两串三并而输出端口三串两并的单向直流电压变换系统结构框图，取N＝6，即共包含6个单向电压变换装置，每个装置中取M＝2，即不控型H桥电流每个桥臂采用2个二极管串联。其中，组件11、组件21分别为第1个单向直流电压变换装置的功率主电路和前置电路；组件12、组件22分别为第2个单向直流电压变换装置的功率主电路和前置电路；以此类推，组件16、组件26分别为第6个单向直流电压变换装置的功率主电路和前置电路。
闭合第1、3和5单向电压变换装置前级开关电路的正极隔离开关、前级辅助隔离开关，闭合第2、4和6单向电压变换装置前级开关电路的负极隔离开关，其余开关全部断开，可以实现6个单向电压变换装置在输入侧，每两个装置串联后再并联的结构；
闭合第1、2、4和5单向电压变换装置的后级辅助隔离开关，闭合第1和第4单向电压变换装置后级开关电路的正极隔离开关，闭合第3和第6单向电压变换装置后级开关电路的负极隔离开关，其余开关全部断开，可以实现6个单向电压变换装置在输出侧，每三个装置串联后再并联的结构。
假设所有开关器件的电压应力为Umax，电流应力为Imax，考虑电压安全余量系数为kv其中kv取1.5～2之间，考虑电流安全余量系数为ka其中ka取1.5～2之间。则上述电路输入侧可以实现的电压应力为2Umax/kv，电流应力为3Imax/ka，输出侧可以实现的电压应力为3Umax/kv，电流应力为2Imax/ka。
按此思路，可以通过选取不同的N和M，实现不同电压应力、不同功率等级的单向电压变换系统，可通过本发明解决电压源型换流器融冰工作范围小的问题。
本发明中的单向直流电压变换装置包含全控型H桥电路以实现闭环高精度控制；包含二极管串联的不控型H桥电路，通过二极管串联的方法提高输出端口的电压等级；包含开关电路、前置电路及辅助隔离开关等部分，能够辅助装置实现多模块的串并联组合，在不增加太多成本的前提下，满足更宽工作范围的需求。
当需要多个装置进行串并联组合，以实现高电压和大功率等级等应用时，单向直流电压变换装置的输入和输出均为并联连接；通过改变开关电路、前置电路及辅助隔离开关的工作状态，实现输入端口和输出端口的多子单元并联和串联功能。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种单向直流电压变换装置，其特征在于：
所述单向直流电压变换装置包含两个输入端口和两个输出端口，并由前级开关电路、前置电路、功率主电路、后级开关电路、前级辅助隔离开关以及后级辅助隔离开关组成；其中，前级开关电路、前置电路、功率主电路以及后级开关电路均为两端口电路，各电路的前后级端口依次级联；
前级开关电路的前级端口即为单向直流电压变换装置第一输入端口，包含一个输入正端和一个输入负端；后级开关电路的后级端口即为单向直流电压变换装置第一输出端口，包含一个输出正端和一个输出负端；
前级开关电路的后级与前置电路前级级联时，该端口的负端连接前级辅助隔离开关并与正端构成单向直流电压变换装置的第二输入端口；功率主电路的后级与后级开关电路的前级级联时，该端口的负端连接后级辅助隔离开关并与正端构成单向直流电压变换装置的第二输出端口。
2.如权利要求1所述的单向直流电压变换装置，其特征在于：
所述单向直流电压变换装置的功率主电路包含一个全控型H桥电路、一个高频变压器、一个谐振元件、一个不控型H桥电路、一个输入电容和一个输出电容；其中，高频变压器包含两个绕组，定义为原边绕组和副边绕组；谐振元件串联接入高频变压器的任意一个绕组；全控型H桥电路包含两个半桥，定义为第一半桥和第二半桥，每个半桥的桥臂由一个全控型开关器件构成；不控型H桥电路同样包含两个半桥，定义为第三半桥和第四半桥，每个半桥的上下桥臂均由M个二极管串联构成，M为大于等于2的任意正整数。
全控型H桥电路的直流侧并联输入电容，构成功率主电路的前级端口，全控型H桥电路的交流侧连接高频变压器的原边绕组；不控型H桥电路的交流侧连接高频变压器的副边绕组，不控型H桥电路的直流侧并联输出电容，构成功率主电路的后级端口。
3.如权利要求1所述的单向直流电压变换装置，其特征在于：
所述单向直流电压变换装置的前级开关电路，包含三个隔离开关，分别为正极隔离开关、负极隔离开关和旁路开关；旁路开关的两端，构成单向直流电压变换装置的前级开关电路的后级端口，正极隔离开关与负极隔离开关的一端分别与旁路开关的两端连接，正极隔离开关与负极隔离开关的另一端，构成单向直流电压变换装置的前级开关电路的前级端口。
4.如权利要求1所述的单向直流电压变换装置，其特征在于：
所述单向直流电压变换装置的后级开关电路，包含三个隔离开关，分别为正极隔离开关、负极隔离开关和旁路开关；旁路开关的两端，构成单向直流电压变换装置的后级开关电路的前级端口，正极隔离开关与负极隔离开关的一端分别与旁路开关的两端连接，正极隔离开关与负极隔离开关的另一端，构成单向直流电压变换装置的后级开关电路的后级端口。
5.如权利要求1所述的单向直流电压变换装置，其特征在于：
所述单向直流电压变换装置的前置电路采用全桥电路构成；全桥电路由四个全控型开关器件构成；全桥电路交流侧并联一个旁路隔离开关后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的前级端口；全桥电路直流侧并联一个母线电容后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的后级端口。
6.如权利要求1所述的单向直流电压变换装置，其特征在于：
所述单向直流电压变换装置的前置电路采用半桥电路构成；半桥电路由两个全控型开关器件构成；半桥电路中点和负端之间并联一个旁路隔离开关后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的前级端口；半桥电路正负端之间并联一个母线电容后，构成单向直流电压变换装置的前置电路的后级端口。
7.如权利要求1所述的单向直流电压变换装置，其特征在于：
所述单向直流电压变换装置的前置电路前级端口的正端和后级端口的正端之间，串联一个熔断器和一个隔离开关，前、后级端口的负端之间采用导线直连。
8.如权利要求1至7任一项所述的单向直流电压变换装置的控制方法，其特征在于：
正常工作时，所述单向直流电压变换装置子单元的全控型H桥电路采用如下驱动脉冲控制方法：
第一半桥和第二半桥上下两个开关管的驱动脉冲分别互补导通，同时第一半桥与第二半桥的上管脉冲驱动占空比相同且交错180°，定义两个上管的占空比为D，D为可变控制量，变化区间为0～1；
定义该脉冲驱动控制方法为第一驱动控制方法。
9.如权利要求1至7任一项所述的单向直流电压变换装置的控制方法，其特征在于：
正常工作时，所述单向直流电压变换装置子单元的全控型H桥逆变电路采用如下驱动脉冲控制方法：
第一半桥和第二半桥上下两个开关管的驱动脉冲分别互补导通，同时第一半桥与第二半桥的上管脉冲驱动占空比相同且交错角度为θ，两个上管的占空比恒定为0.5，定义交错角度θ为移相角，且θ为可变控制量，变化区间为0～180°；
定义该脉冲驱动控制方法为第二驱动控制方法。
10.一种单向直流电压变换系统，其特征在于：所述单向直流电压变换系统包含N个如权利要求1-7任一项所述的单向直流电压变换装置，其中，N为大于等于2的任意正整数；所有单向直流电压变换装置采用如下连接方式：
将所有单向直流电压变换装置的第一输入端口全部并联，将所有单向直流电压变换装置的第一输出端口全部并联；
将所有单向直流电压变换装置的第二输入端口依次串联，即第一个装置的第二输入端口的负端与第二个装置的第二输入端口的正端连接，依次类推，第一个装置的正端与第N个装置的负端悬空；
将所有单向直流电压变换装置的第二输出端口依次串联，即第一个装置的第二输出端口的负端与第二个装置的第二输出端口的正端连接，依次类推，第一个装置的正端与第N个装置的负端悬空。
11.如权利要求10所述的一种单向直流电压变换系统的控制方法，其特征在于：
采用驱动脉冲交错控制机制，具体方法如下：
依次将各单向直流电压变换装置的第一半桥对应开关管的驱动脉冲交错360°/N。
12.如权利要求10所述的一种单向直流电压变换系统的控制方法，其特征在于：
所述单向直流电压变换装置发生短时性故障时，采用如下控制方式：
实时检测单向直流电压变换装置的工作状态，如发生故障，同时闭锁该单向直流电压变换装置的全控型H桥电路四个开关管脉冲驱动，进行故障隔离；待故障恢复后，重新解锁全控型H桥电路四个开关管脉冲驱动，完成故障穿越。
13.如权利要求10所述的一种单向直流电压变换系统的控制方法，其特征在于：
所述单向直流电压变换装置发生永久性故障时，采用如下控制方式：
实时检测单向直流电压变换装置的工作状态，如发生故障，同时闭锁该单向直流电压变换装置的全控型H桥电路四个开关管脉冲驱动，进行故障隔离；故障无法恢复，则改变前级开关电路和后级开关电路的工作状态，完成永久故障隔离。
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