[发明专利]一种单向直流电压变换装置和系统及其控制方法

说明书

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。

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；