[发明专利]一种自耦直流变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及直流供配电领域，特别是涉及一种自耦直流变换器及其控制方法。

背景技术

近年来，随着新能源的大规模发展，直流供配电系统渐渐走入人们视野。而在直流供配电系统中双极型输出的高压大容量的直流变换器有着重要的应用前景。双极型直流变换器分为隔离型和非隔离型两种，对于双极直流系统间的互联，当单相发生接地故障时，无论变换器是否有电气隔离，非故障极的对地电压均不会发变换，所以，采用非隔离双极型变换器有着较大的经济优势。

目前已有的双极型直流变换器大多均为带有隔离变压器的隔离型变换器，如基于模块化多电平拓扑以及子模块为双向有源桥的多模块串并联拓扑等。此类拓扑由于需要变压器，所以造价与体积都较大，控制方式也略复杂。目前新电源传输并网，尤其是海上风电的传输并网，由于海上换流站场地的限制，在设计双极型的直流变换器时要考虑变换器的体积、成本等因素，含有变压器的双极型输出直流变换器往往不适用，而不含变压器的双极型输出直流变换器，电压变比和容量均较小，加上器件耐压能力有限，不能应用于直流电网中，图 1为现有技术中双极性输出非隔离型直流变换器，如图1所示，由于IGBT的耐压能力有限，拓扑可承受的电压等级较低，传输的容量较低，并且，IGBT 个数少，同样的系统频率下，每个IGBT的开关频率很大。而且，由于反向恢复时间限制，占空比不能太大，这导致该拓扑不能实现大的电压变比。

因此，采用了变压器的拓扑结构，系统体积较大，交直流电流变换过程中也会产生能量损耗；开关频率较高，开关损耗提高，控制难度增大。不采用隔离变压器的拓扑结构，电压变比不够高，并且系统的耐压及容量有限，无法应用于高压大容量的直流电网中。

发明内容

本发明的目的是提供一种自耦直流变换器及其控制方法，在直流变换过程中能量损耗低，开关损耗低，而且，具有压变比高、体积小、耐压性强、容量大的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自耦直流变换器，所述自耦直流变换器包括两个相同的电压变换结构和第一低压侧电感，两个相同的电压变换结构分别记为第一电压变换结构和第二电压变换结构；

所述电压变换结构为由桥式串联结构、高压侧电感和电容串联而成的回路，所述电压变换结构的第一引出端接地，所述电压变换结构的第一引出端从所述桥式串联结构和所述电容的连接点引出，所述电压变换结构的第二引出端从所述高压侧电感和所述电容的连接点引出，所述桥式串联结构由多个桥式结构串联而成，所述电压变换结构的第三引出端从所述桥式结构之间的连接点引出；

所述第一电压变换结构的第二引出端为所述自耦直流变换器的高压侧正电压输出端，所述第一低压侧电感串联于所述第一电压变换结构的第三引出端与所述自耦直流变换器的低压输入端的正极之间；

所述第二电压变换结构的第二引出端为所述自耦直流变换器的高压侧负电压输出端，所述第二电压变换结构的第三引出端与所述自耦直流变换器的低压输入端的负极相连接。

可选的，所述自耦直流变换器还包括第二低压侧电感，所述第二低压侧电感串联在所述自耦直流变换器的低压输入端的负极与所述第二电压变换结构的第三引出端之间。

可选的，所述第一低压侧电感的电感值与所述第二低压侧电感的电感值相等。

可选的，所述桥式串联结构包括第一桥式结构组和第二桥式结构组，所述第一桥式结构组和所述第二桥式结构组依次串联于所述高压侧电感与电容之间，所述第一桥式结构组和所述第二桥式结构组分别由多个桥式结构串联构成，所述电压变换结构的第三引出端从所述第一桥式结构组和所述第二桥式结构组的连接点引出。

可选的，所述第一桥式结构组中的桥式结构为二极管钳位型半桥结构或半桥结构或全桥结构。

可选的，所述第二桥式结构组中的桥式结构为半桥结构或全桥结构。