CN115102399A - 一种自均压dc/dc变换系统 - Google Patents
一种自均压dc/dc变换系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115102399A CN115102399A CN202210893937.0A CN202210893937A CN115102399A CN 115102399 A CN115102399 A CN 115102399A CN 202210893937 A CN202210893937 A CN 202210893937A CN 115102399 A CN115102399 A CN 115102399A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sub
- voltage
- module
- circuit
- modules
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 111
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 53
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 6
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- HEZMWWAKWCSUCB-PHDIDXHHSA-N (3R,4R)-3,4-dihydroxycyclohexa-1,5-diene-1-carboxylic acid Chemical compound O[C@@H]1C=CC(C(O)=O)=C[C@H]1O HEZMWWAKWCSUCB-PHDIDXHHSA-N 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明提供的一种自均压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。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种自均压DC/DC变换系统。
背景技术
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。
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(InputSeries 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。
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。
发明内容
因此，本发明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。
本发明提供一种自均压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，
变换单元为多个时，各变换单元通过直流端口并联连接；
端口电感设置于高压直流端口以及低压直流端口；
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；
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。
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：
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；
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；
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；
相邻功率子模块的主电路端子串联连接；
直流支撑电容的正极和负极连接功率子模块的辅助端子。
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。
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。
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。
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；
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。
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。
本发明技术方案，具有如下优点：
发明提供的自均压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
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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。
图1为本发明实施例提供的自均压DC/DC变换系统的一结构示意图；
图2-图6分别为本发明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
下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明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。
本发明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：高压直流端口(如图1中UDCA所示)、低压直流端口(如图1中UDCB所示)、端口电感、控制器以及至少一个变换单元1，图1以1个变换单元1为例进行展示，该自均压DC/DC变换系统包括多个变换单元时，各变换单元并联连接，其结构示意图如图2所示，变换单元的具体数量不做限定，可根据实际应用情况进行调整；其中每个变换单元包括能量均衡电路11以及多个功率子模块12。
如图1所示，端口电感设置于高压直流端口以及低压直流端口，各功率子模块12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11。控制器与变换单元1的控制端相连，进而按照预设规律循环控制多个功率子模块12的投入与切除状态，使得各功率子模块12呈降序排列或升序排列，相邻的处于切除状态的功率子模块12内电容通过能量均衡电路构成回路，两个功率子模块12电容串联并自动均压，电压高的功率子模块12的电容会向电压低的功率子模块12的电容放电，实现高压直流端口和低压直流端口间持续的能量传递，以均衡各功率子模块12内电容电压，具体工作原理可参见下述实施例图5和图6展示的控制过程。
值得说明的是，上述控制功率子模块12的投入与切除状态的预设规律，具体包括高压直流端口、低压直流端口回路内投入子模块的数量，能量传递的方向等，可以根据实际应用场景进行调整，不做具体限定，可参照下述实施例图5和图6展示的控制过程。
本实施例提供的自均压DC/DC变换系统，通过构建子模块间的能量均衡电路，使得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。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。按照预设规律循环控制功率子模块的投入和切除，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，能量从高压功率子模块依次向低压功率子模块传递，最终实现高压直流端口和低压直流端口间持续的能量传递。
一个具体的实施例中，上述功率子模块12，包括：功率传递电路(如图1中T3、T4所示)、直流支撑电容(如图1中CSM所示)、两个主电路端子(如图1中n1、n2所示)以及两个辅助端子(如图1中a1、a2所示)。
如图1所示，功率传递电路与直流支撑电容并联连接；相邻功率子模块的主电路端子串联连接；直流支撑电容的正极和负极作为功率子模块的辅助端子。也即，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；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；高压直流端口和低压直流端口的端子分别串联一个端口电感。
值得说明的是，该功率传递电路可以是半桥电路，如图1所示，也可以是全桥电路，如图2和图3所示。
其中，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作为功率子模块12的主电路端子，如图1中n1、n2所示，半桥电路的中性点以及直流支撑电容负极作为功率子模块12的主电路端子，如图4中n1、n2所示。
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，如图3中n1、n2所示。
如图1-4所示，半桥电路和全桥电路由IGBT开关管组成，各IGBT开关管均反向并联一个二极管。上述控制多个功率子模块12的投入与切除状态的具体过程为：控制功率子模块12内IGBT开关管的导通和关断状态，实现功率子模块12的投入与切除。也即，通过控制直流支撑电容的投切，形成所需的输出电压和DC/DC变换系统的端口电压，完成系统功率传递。
一个具体的实施例中，上述能量均衡电路11可以是二极管单向均衡电路，此时，相邻两个功率子模块12内直流支撑电容的负极之间通过二极管连接，形成二极管单向均衡电路，其结构示意图如图1所示，相邻两个功率子模块12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，以实现能量由高压直流端口向低压直流端口传递，即降压自均压DC/DC变换系统；或者，如图4所示，相邻两个功率子模块12内直流支撑电容的正极通过二极管连接，全部二极管同向串联连接，形成二极管单向均衡电路，以实现变换系统的能量由低压直流端口向高压直流端口传递，即升压自均压DC/DC变换系统。实际应用时，由N个模块组成的变换单元中，需要由N-1个二极管形成能量均衡电路11。
该能量均衡电路11也可以是二极管双向均衡电路，其结构示意图如图2所示，相邻两个功率子模块12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，与直流支撑电容的正极相连二极管同向串联连接，与直流支撑电容的负极相连的二极管同向串联连接，形成二极管双向均衡电路，实现变换系统高压直流端口和低压直流端口间双向的能量传递，即升降压自均压DC/DC变换系统。因此，在由N个功率子模块12组成的变换单元中，需要N-1个二极管构成第1组二极管，每个二极管并联于相邻两个功率子模块12直流支撑电容的负极端子之间，需要N-1个二极管构成第2组二极管，每个二极管并联于相邻两个功率子模块12直流支撑电容的正极端子之间，由两组二极管形成能量均衡电路。
一个具体的实施例中，上述变换系统中的变换单元及变换单元内功率子模块12的数量均可视具体情况而定。
举例说明，如图5所示，降压自均压DC/DC变换系统包括高压直流端口、低压直流端口、端口电感、控制器以及一个变换单元。其中，该变换单元包括能量均衡电路以及8个功率子模块。其能量均衡电路为二极管单向均衡电路，设置7个二极管，每个二极管并联于相邻两个功率子模块直流支撑电容的负极之间，所有二极管依次同向串联；功率子模块包括：功率传递电路、0.5kV直流支撑电容、两个主电路端子和两个辅助端子；功率传递电路与直流支撑电容并联，功率传递电路采用半桥电路。该自均压DC/DC变换系统适用于直流高变比降压输出场合。
如图5所示，8个功率子模块的主电路端子依次串联，串联后的两个端子分别串联连接端口电感，构成2kV高压直流端口；串联后的负极，以及，中间子模块4和子模块5主电路端子的连接点分别串联连接端口电感，构成1kV低压直流端口。
此时，上述控制器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，均衡各功率子模块内电容电压的具体过程为：该DC/DC变换系统通过控制直流支撑电容的投切，形成直流端口电压，高压直流端口内部回路中有4个功率子模块投入，高压直流端口电压为2kV，低压直流端口内部回路中有2个功率子模块投入，低压直流端口电压为1kV。通过控制功率子模块内相应IGBT的导通和关断状态，进而实现功率子模块的投入和切除，控制功率子模块电容是否作为输出电压的支撑。变换单元的8个功率子模块，一直是4个功率子模块处于投入状态，4个功率子模块处于切除状态。处于闭合状态的功率子模块，配合能量均衡电路，实现子模块电容能量向相邻下方子模块的传递，通过依次循环改变切除子模块的位置，实现能量从高压直流端口向低压直流端口的传递，同时实现子模块电容电压均衡。
举例说明，t1时刻，控制图5中开关管T13、T23、T53、T63闭合，T14、T24、T54、T64断开，则子模块1、子模块2、子模块5、子模块6处于切除状态；控制开关管T34、T44、T74、T84闭合，T33、T43、T73、T83断开，则子模块3、子模块4、子模块7、子模块8处于投入状态；此时，子模块1直流支撑容CSM1通过能量均衡电路向子模块2直流支撑容CSM2放电，实现子模块1到子模块2的能量传递，子模块5直流支撑容CSM5通过能量均衡电路向子模块6直流支撑容CSM6放电，实现子模块5到子模块6的能量传递，其能量传递路径如图5中带箭头虚线所示。
t2时刻，控制开关管T23、T33、T63、T73闭合，T24、T34、T64、T74断开，则子模块2、子模块3、子模块6、子模块7处于切除状态；控制开关管T44、T54、T84、T14闭合，T43、T53、T83、T13断开，则子模块4、子模块5、子模块8、子模块1处于投入状态；此时，子模块2直流支撑容CSM2通过能量均衡电路向子模块3直流支撑容CSM3放电，实现子模块2到子模块3的能量传递，子模块6直流支撑容CSM6通过能量均衡电路向子模块7直流支撑容CSM7放电，实现子模块6到子模块7的能量传递。
t3时刻，控制开关管T33、T43、T73、T83闭合，T34、T44、T74、T84断开，则子模块3、子模块4、子模块7、子模块8处于切除状态；控制开关管T54、T64、T14、T24闭合，T53、T63、T13、T23断开，则子模块5、子模块6、子模块1、子模块2处于投入状态；此时，子模块3直流支撑容CSM3通过能量均衡电路向子模块4直流支撑容CSM4放电，实现子模块3到子模块4的能量传递，子模块7直流支撑容CSM7通过能量均衡电路向子模块8直流支撑容CSM8放电，实现子模块7到子模块8的能量传递。
t4时刻，控制开关管T43、T53、T83、T13闭合，T44、T54、T84、T14断开，则子模块4、子模块5、子模块8、子模块1处于切除状态；控制开关管T64、T74、T24、T34闭合，T63、T73、T23、T33断开，则子模块7、子模块7、子模块2、子模块3处于投入状态；此时，子模块4直流支撑容CSM4通过能量均衡电路向子模块5直流支撑容CSM5放电，实现子模块4到子模块5的能量传递。
因此，通过循环上述t1-t4的过程，即可实现图5所示的自均压DC/DC变换系统高压侧到低压侧的能量传递。
或者，如图6所示，升压自均压DC/DC变换系统包括：高压直流端口、低压直流端口、端口电感、控制器以及一个变换单元。其中，该变换单元包括能量均衡电路以及9个功率子模块。其能量均衡电路为二极管单向均衡电路，设置8个二极管，每个二极管并联于相邻两个功率子模块直流支撑电容的负极之间，所有二极管依次同向串联；功率子模块包括：功率传递电路、1kV直流支撑电容、两个主电路端子和两个辅助端子；功率传递电路与直流支撑电容并联，功率传递电路采用半桥电路。该自均压DC/DC变换系统适用于直流高变比升压输出场合。
如图6所示，9个功率子模块的主电路端子依次串联，串联后的两个端子分别串联连接端口电感，构成5kV高压直流端口；串联后的负极，以及，中间两个子模块4和子模块5主电路端子的连接点分别串联连接端口电感，构成2kV低压直流端口。
此时，上述控制器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，均衡各功率子模块内电容电压的具体过程为：该DC/DC变换系统通过控制直流支撑电容的投切，形成直流端口电压，高压直流端口内部回路中有5个功率子模块投入，高压直流端口电压为5kV，低压直流端口内部回路中有2个功率子模块投入，低压直流端口电压为2kV。通过控制功率子模块内相应IGBT的导通和关断状态，进而实现功率子模块的投入和切除，控制功率子模块电容是否作为输出电压的支撑。变换单元的9个功率子模块，一直是5个功率子模块处于投入状态，4个功率子模块处于切除状态。处于闭合状态的功率子模块，配合能量均衡电路，实现子模块电容能量向相邻下方子模块的传递，通过依次循环改变切除子模块的位置，实现能量从低压直流端口向高压直流端口的传递，同时实现子模块电容电压均衡。
具体的，与上述控制过程类似，也即，t1时刻，控制子模块1、子模块2、子模块6、子模块7切除，子模块3、子模块4、子模块5、子模块8、子模块9投入；此时，模块1直流支撑容CSM1通过能量均衡电路向子模块2直流支撑容CSM2放电，实现子模块1到子模块2的能量传递；子模块6直流支撑容CSM6通过能量均衡电路向子模块7直流支撑容CSM7放电，实现子模块6到子模块7的能量传递，其能量传递路径如图6中带箭头实线所示。t2时刻，控制子模块2、子模块3、子模块7、子模块8切除，子模块1、子模块4、子模块5、子模块6、子模块9投入，此时，模块2直流支撑容CSM2通过能量均衡电路向子模块3直流支撑容CSM3放电，实现子模块2到子模块3的能量传递，子模块7直流支撑容CSM7通过能量均衡电路向子模块8直流支撑容CSM8放电，实现子模块7到子模块8的能量传递。t3时刻，控制子模块3、子模块4、子模块8、子模块9切除，子模块1、子模块2、子模块5、子模块6、子模块7投入，此时，模块3直流支撑容CSM3通过能量均衡电路向子模块4直流支撑容CSM4放电，实现子模块3到子模块4的能量传递，子模块8直流支撑容CSM8通过能量均衡电路向子模块9直流支撑容CSM9放电，实现子模块8到子模块9的能量传递。t4时刻，控制子模块4、子模块5、子模块9、子模块1切除，子模块2、子模块3、子模块6、子模块7、子模块8投入，此时，模块4直流支撑容CSM4通过能量均衡电路向子模块5直流支撑容CSM5放电，实现子模块4到子模块5的能量传递。t5时刻，控制子模块5、子模块6、子模块1、子模块2切除，子模块3、子模块4、子模块7、子模块8、子模块9投入，此时，模块5直流支撑容CSM5通过能量均衡电路向子模块6直流支撑容CSM6放电，实现子模块5到子模块6的能量传递，模块1直流支撑容CSM1通过能量均衡电路向子模块2直流支撑容CSM2放电，实现子模块1到子模块2的能量传递。t6时刻，控制子模块6、子模块7、子模块2、子模块3切除，子模块1、子模块4、子模块5、子模块8、子模块9投入，此时，模块6直流支撑容CSM6通过能量均衡电路向子模块7直流支撑容CSM7放电，实现子模块6到子模块7的能量传递，模块2直流支撑容CSM2通过能量均衡电路向子模块3直流支撑容CSM3放电，实现子模块2到子模块3的能量传递。t7时刻，子模块7、子模块8、子模块3、子模块4切除，子模块1、子模块2、子模块5、子模块6、子模块9投入，模块7直流支撑容CSM7通过能量均衡电路向子模块8直流支撑容CSM8放电，实现子模块7到子模块8的能量传递，模块3直流支撑容CSM3通过能量均衡电路向子模块4直流支撑容CSM4放电，实现子模块3到子模块4的能量传递。t8时刻，控制子模块8、子模块9、子模块4、子模块5切除，子模块1、子模块2、子模块3、子模块6、子模块7投入，此时，模块8直流支撑容CSM8通过能量均衡电路向子模块9直流支撑容CSM9放电，实现子模块8到子模块9的能量传递，模块4直流支撑容CSM4通过能量均衡电路向子模块5直流支撑容CSM5放电，实现子模块4到子模块5的能量传递。T9时刻，控制子模块9、子模块1、子模块5、子模块6切除，子模块2、子模块3、子模块4、子模块7、子模块8投入，此时，模块5直流支撑容CSM5通过能量均衡电路向子模块6直流支撑容CSM6放电，实现子模块5到子模块6的能量传递。通过重复上述t1-t9的过程，实现图6所示的自均压DC/DC变换系统低压侧到高压侧的能量传递。
需要说明的是，变换系统设置有其他数量的变换单元，或者变换单元内有其他数量的子模块时，控制原理与上述过程类似，可根据实际应用情况确定投入高压直流端口回路和低压直流端口回路内的子模块的数量，且能够实现相邻两个子模块之间的能量传递即可，不再一一举例。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
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的辅助端子。
3.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。
4.根据权利要求3所述的自均压DC/DC变换系统，其特征在于，相邻两个所述功率子模块内直流支撑电容的正极通过二极管连接，或者相邻两个所述功率子模块内直流支撑电容的负极通过二极管连接，全部所述二极管同向串联连接,形成二极管单向均衡电路。
5.根据权利要求3所述的自均压DC/DC变换系统，其特征在于，相邻两个所述功率子模块内直流支撑电容的正极之间，以及，所述直流支撑电容的负极之间通过二极管相连，与直流支撑电容的正极相连的二极管同向串联连接，与直流支撑电容的负极相连的二极管同向串联连接，形成二极管双向均衡电路。
6.根据权利要求2-4任一项所述的自均压DC/DC变换系统，其特征在于，各所述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所述高压直流端口的两个端子；
串联后的负极与任意两个相邻所述功率子模块的串联连接点，作为所述低压直流端口的两个端子。
7.根据权利要求6所述的自均压DC/DC变换系统，其特征在于，所述高压直流端口和所述低压直流端口的端子分别串联端口电感。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210893937.0A CN115102399A (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种自均压dc/dc变换系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210893937.0A CN115102399A (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种自均压dc/dc变换系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115102399A true CN115102399A (zh) | 2022-09-23 |
Family
ID=83300728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210893937.0A Pending CN115102399A (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种自均压dc/dc变换系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115102399A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117175920A (zh) * | 2023-09-01 | 2023-12-05 | 国网经济技术研究院有限公司 | 一种应用于风电功率不匹配的高效率多端口直流变换器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102832841A (zh) * | 2012-08-27 | 2012-12-19 | 清华大学 | 一种带辅助二极管模块化多电平变换器 |
| CN105896966A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-08-24 | 湖南大学 | 一种高变比的模块化多电平dc-dc变换器及其控制方法 |
| CN106602912A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-04-26 | 华北电力大学（保定） | 一种电容电压自排序式模块化多电平换流器 |
| CN107681886A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-02-09 | 上海交通大学 | 自平衡非隔离型模块化多电平dc‑dc变换器 |
| CN111277142A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-06-12 | 中国科学院电工研究所 | 空间用耦合电感式高压大功率直流变换器及其控制系统 |
| CN112583268A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-03-30 | 上海交通大学 | 模块化多电平直流变换器 |
-
2022
- 2022-07-27 CN CN202210893937.0A patent/CN115102399A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102832841A (zh) * | 2012-08-27 | 2012-12-19 | 清华大学 | 一种带辅助二极管模块化多电平变换器 |
| CN105896966A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-08-24 | 湖南大学 | 一种高变比的模块化多电平dc-dc变换器及其控制方法 |
| CN106602912A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-04-26 | 华北电力大学（保定） | 一种电容电压自排序式模块化多电平换流器 |
| CN107681886A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-02-09 | 上海交通大学 | 自平衡非隔离型模块化多电平dc‑dc变换器 |
| CN111277142A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-06-12 | 中国科学院电工研究所 | 空间用耦合电感式高压大功率直流变换器及其控制系统 |
| CN112583268A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-03-30 | 上海交通大学 | 模块化多电平直流变换器 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117175920A (zh) * | 2023-09-01 | 2023-12-05 | 国网经济技术研究院有限公司 | 一种应用于风电功率不匹配的高效率多端口直流变换器 |
| CN117175920B (zh) * | 2023-09-01 | 2024-03-01 | 国网经济技术研究院有限公司 | 一种应用于风电功率不匹配的高效率多端口直流变换器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103441691B (zh) | 一种谐振型电力电子变流器及变流器装置 | |
| CN104702123B (zh) | 一种三电平功率单元主回路、功率单元以及高压变频器 | |
| CN107592017B (zh) | 一种dc-dc变换器及控制方法 | |
| CN107968570B (zh) | 一种具有冗余能力的双极性软开关直流变压器 | |
| CN209448659U (zh) | 一种多直流端口换流器 | |
| CN112072942A (zh) | 一种改进型开关耦合电感准z源逆变器 | |
| CN103427658A (zh) | 一种基于多绕组变压器的高压直流-直流变换装置 | |
| CN110601544A (zh) | 基于两级变换结构的模块化组合式中压直流变换器及控制方法 | |
| CN216819454U (zh) | 储能功率模块以及储能系统 | |
| CN106169885A (zh) | 一种级联式六开关多电平逆变器 | |
| CN114362335A (zh) | 应用于固态变压器的电源转换架构及相应的充电系统 | |
| CN103441676A (zh) | 一种模块化的高压直流-直流变换装置 | |
| CN115102399A (zh) | 一种自均压dc/dc变换系统 | |
| CN117614047B (zh) | 一种中压直挂数据中心供电系统 | |
| CN113437879B (zh) | 一种直流变换器及其控制方法 | |
| CN116826694B (zh) | 多端口数据中心供电系统及供电方法 | |
| WO2022006737A1 (zh) | 一种电源系统 | |
| CN113428028A (zh) | 多交流电源端口多直流母线的电动汽车充电站 | |
| CN108777544B (zh) | 用于柔性直流输电的dc/dc变换器及其控制方法 | |
| CN108879651B (zh) | 基于dab的大功率双重模块化混合储能系统及并网方法 | |
| CN111555617A (zh) | 用于新能源发电送出的模块化伪双极型dc/dc变换器 | |
| CN217769504U (zh) | 直流海上输电系统 | |
| CN113258776B (zh) | 用于大规模海上风电直流送出的高升压比直流变换器 | |
| CN114629371A (zh) | 一种单级多端口Buck-Boost逆变电路及转换方法 | |
| CN113726162A (zh) | 基于降压型公共直流电流母线的串联构网型变压器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |