一种DC/DC变换器的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种dc/dc变换器。

背景技术：

随着基于电压源换流器(vsc)的柔性直流输电和配电技术推广和的应用，需要高电压等级dc/dc变换器来满足不同电压等级直流系统互联以及新能源如离岸风电的直流并网等高压dc/dc能量交互场合要求。而目前的各类dc/dc变换器主要适用于低压电能变换场合，在面对上述高压dc/dc能量交互场合时，无法进行适配，进而导致在高压应用场合中无法进行能量交互。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中dc/dc变换器无法适配高压应用场合的缺陷，从而提供一种dc/dc变换器。

本发明实施例提供一种dc/dc变换器，包括第一桥臂单元、第二桥臂单元、第三桥臂单元、第四桥臂单元及电抗器，其中，所述第一桥臂单元的一端与所述第三桥臂单元的一端均与高压侧直流电源的正极连接；所述第二桥臂单元的另一端与所述第四桥臂单元的另一端均与高压侧直流电源的负极连接；所述第一桥臂单元的另一端与低压侧直流电源的正极连接；所述第二桥臂单元的一端与低压侧直流电源的负极连接；所述第一桥臂单元与所述第二桥臂单元串联，所述第三桥臂单元与所述第四桥臂单元串联；所述第一桥臂单元与第二桥臂单元的连接端，以及所述第三桥臂单元与第四桥臂单元的连接端通过电抗器连接。

可选地，所述第一桥臂单元和第二桥臂单元均包括一个第一功率子模块；所述第一功率子模块包括电容器，以及串联的第一功率器件和第二功率器件；所述电容器并联在第一功率器件和第二功率器件的两端。

可选地，所述第一桥臂单元中第一功率器件的一端与低压侧直流电源的正极连接，所述第一桥臂单元中第一功率器件的另一端与所述第一桥臂单元中第二功率器件的一端连接，所述第一桥臂单元中第二功率器件的另一端与所述第二桥臂单元中第一功率器件的一端连接，所述第二桥臂单元中第一功率器件的另一端与所述第二桥臂单元中第二功率器件的一端连接，所述第二桥臂单元中第二功率器件的另一端接入与低压侧直流电源的负极连接，所述第一桥臂单元中第一功率器件与第二功率器件的连接端与高压侧直流电源的正极连接，所述第二桥臂单元中第一功率器件与第二功率器件的连接端与高压侧直流电源的负极连接。

可选地，所述第一桥臂单元和所述第二桥臂单元均包括一个第一功率子模块和n个第二功率子模块，n至少为1；所述第一功率子模块包括电容器，以及串联的第一功率器件和第二功率器件；所述电容器并联在第一功率器件和第二功率器件组成的串联支路的两端；所述第一桥臂单元中第一功率器件的一端与低压侧直流电源的正极连接，所述第一桥臂单元中第一功率器件的另一端与所述第一桥臂单元中第二功率器件的一端连接，所述第一桥臂单元中第二功率器件的另一端与所述第二桥臂单元中第一功率器件的一端连接；所述第一桥臂单元中的n个第二功率子模块级联后组成第一级联支路，所述第一级联支路的一端接入第一功率器件与第二功率器件之间，另一端与高压侧直流电源的正极连接；所述第二桥臂单元中第一功率器件的另一端与所述第二桥臂单元中第二功率器件的一端连接，所述第二桥臂单元中第二功率器件的另一端接入与低压侧直流电源的负极连接；所述第二桥臂单元中的n各第二功率子模块级联后组成第二级联支路，所述第二级联支路的一端接入第一功率器件与第二功率器件之间，另一端与高压侧直流电源的负极连接。

可选地，所述第三桥臂单元和所述第四桥臂单元均包括至少一个第二功率子模块。

可选地，所述第二功率子模块为半桥功率子模块或h桥功率子模块。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的dc/dc变换器，包括第一桥臂单元、第二桥臂单元、第三桥臂单元、第四桥臂单元及电抗器，其中，第一桥臂单元的一端与第三桥臂单元的一端均与高压侧直流电源的正极连接；第二桥臂单元的另一端与第四桥臂单元的另一端均与高压侧直流电源的负极连接；第一桥臂单元的另一端与低压侧直流电源的正极连接；第二桥臂单元的一端与低压侧直流电源的负极连接；第一桥臂单元与第二桥臂单元串联，第三桥臂单元与第四桥臂单元串联；第一桥臂单元与第二桥臂单元的连接端，以及第三桥臂单元与第四桥臂单元的连接端通过电抗器连接。通过电抗器连接两侧桥臂单元，可实现大变比、小变比等各种变比直流电压的dc/dc的变换，进而完成高压应用场合中的dc/dc能量交互工作，解决现有技术中dc/dc变换器无法适配高压应用场合的问题。

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为本发明实施例中dc/dc变换器结构示意图；

图2为本发明实施例中第一功率子模块结构示意图；

图3为本发明实施例中第二功率子模块结构示意图；

图4为本发明实施例中另一第二功率子模块结构示意图。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。

本发明实施例提供一种dc/dc变换器，如图1所示，包括第一桥臂单元1、第二桥臂单元2、第三桥臂单元3、第四桥臂单元4及电抗器7。其中，第一桥臂单元1的一端与第三桥臂单元3的一端均与高压侧直流电源v_high的正极连接；第二桥臂单元2的另一端与第四桥臂单元4的另一端均与高压侧直流电源v_high的负极连接；第一桥臂单元1的另一端与低压侧直流电源v_low的正极连接；第二桥臂单元2的一端与低压侧直流电源v_low的负极连接；第一桥臂单元1与第二桥臂单元2串联，第三桥臂单元3与第四桥臂单元4串联；第一桥臂单元1与第二桥臂单元2的连接端，以及第三桥臂单元3与第四桥臂单元4的连接端通过电抗器7连接。

在一具体实施例中，在本发明实施例中，dc/dc变换器采用基于模块化多电平方案，从而广泛应用于柔性直流输电、链式statacom等领域。其中，第一桥臂单元1和第二桥臂单元2的结构相同，均包括两种拓扑结构。首先，第一桥臂单元1和第二桥臂单元2的第一种拓扑结构均包括图1所示的第一功率子模块5。在本发明实施例中，第一功率子模块5，如图2所示，包括电容器，以及串联的第一功率器件和第二功率器件；电容器并联在第一功率器件和第二功率器件的两端。

在本发明实施例中，当第一桥臂单元1和第二桥臂单元2的均采用如图2所示的拓扑结构时，第一桥臂单元1中第一功率器件的一端与低压侧直流电源的正极连接，第一桥臂单元1中第一功率器件的另一端与第一桥臂单元1中第二功率器件的一端连接，第一桥臂单元1中第二功率器件的另一端与第二桥臂单元2中第一功率器件的一端连接，第二桥臂单元2中第一功率器件的另一端与第二桥臂单元2中第二功率器件的一端连接，第二桥臂单元2中第二功率器件的另一端接入与低压侧直流电源的负极连接，第一桥臂单元1中第一功率器件与第二功率器件的连接端与高压侧直流电源的正极连接，第二桥臂单元2中第一功率器件与第二功率器件的连接端与高压侧直流电源的负极连接。在本发明实施例中，上述dc/dc变换器，结构新型、控制简单、应用灵活、设备成本低、耐受电压等级高，且易于扩展至不同电压等级直流电网，包含传统特高压直流电网，也适用于风电等新能源直流并网场合。

进一步地，第一桥臂单元1和第二桥臂单元2的第二种拓扑结构均包括一个第一功率子模块5和n个第二功率子模块，n至少为1。在本发明实施例中，第一功率子模块5，如图2所示，包括电容器，以及串联的第一功率器件和第二功率器件；电容器并联在第一功率器件和第二功率器件的两端。如图3、4所示，为第二功率子模块两种不同的结构示意图。

在本发明实施例中，当第一桥臂单元1和第二桥臂单元2的均采用如图1所示的拓扑结构时，第一桥臂单元1中第一功率器件的一端与低压侧直流电源的正极连接，第一桥臂单元1中第一功率器件的另一端与第一桥臂单元1中第二功率器件的一端连接，第一桥臂单元1中第二功率器件的另一端与第二桥臂单元2中第一功率器件的一端连接；第一桥臂单元1中的n个第二功率子模块级联后组成第一级联支路，第一级联支路的一端接入第一功率器件与第二功率器件之间，另一端与高压侧直流电源的正极连接；第二桥臂单元2中第一功率器件的另一端与第二桥臂单元2中第二功率器件的一端连接，第二桥臂单元2中第二功率器件的另一端接入与低压侧直流电源的负极连接；第二桥臂单元2中的n各第二功率子模块级联后组成第二级联支路，第二级联支路的一端接入第一功率器件与第二功率器件之间，另一端与高压侧直流电源的负极连接。

在本发明实施例中，只需要少量功率子模块即可实现dc/dc变换，从而降低了dc/dc变换器站地面积、减小了损耗。

本发明提供的dc/dc变换器，包括第一桥臂单元、第二桥臂单元、第三桥臂单元、第四桥臂单元及电抗器，其中，第一桥臂单元的一端与第三桥臂单元的一端均与高压侧直流电源的正极连接；第二桥臂单元的另一端与第四桥臂单元的另一端均与高压侧直流电源的负极连接；第一桥臂单元的另一端与低压侧直流电源的正极连接；第二桥臂单元的一端与低压侧直流电源的负极连接；第一桥臂单元与第二桥臂单元串联，第三桥臂单元与第四桥臂单元串联；第一桥臂单元与第二桥臂单元的连接端，以及第三桥臂单元与第四桥臂单元的连接端通过电抗器连接。通过电抗器连接两侧桥臂单元，可实现大变比、小变比等各种变比直流电压的dc/dc的变换，进而完成高压应用场合中的dc/dc能量交互工作，解决现有技术中dc/dc变换器无法适配高压应用场合的问题。

在一实施例中，第三桥臂单元3和第四桥臂单元4均包括至少一个第二功率子模块。

在一具体实施例中，第二功率子模块为半桥功率子模块或h桥功率子模块。本发明实施例中的功率器件均采用全控型电力电子器件，如igbt、igct、iegt和gto等。

在本发明实施例中，dc/dc变换器通过第一桥臂单元1产生一个正向偏置的周期性波形u1，第三桥臂单元3也产生一个正向偏置的周期性波形u2，u1和u2的波形一致，但是相位可以不同。通过调整u1和u2的相位差，实现电抗器电流的双向流动，进而实现高压低压两侧电能的交换。同样，第二桥臂单元2和第四桥臂单元4也通过产生相位可调的波形u3和u4，实现高压低压两侧电能的交换。为了确保高压侧的输出直流电压稳定，需要确保u2+u4的大部分时间内等于高压侧目标电压值。

本发明实施例中通过基于电流方向判断的电容电压平衡算法，实现桥臂内各个功率子模块的电容电压接近一致。第一桥臂单元1和第二桥臂单元2中的第二功率子模块需要确保单周期内充放电基本一致，才能保证dc/dc变换器的稳定运行，通过调节波形进而控制充/放电电流，来实现第二功率子模块的能量平衡。

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。而由此所引申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。