[发明专利]一种基于Boost原理的非隔离型桥臂交替式直流变压器

权利要求书

1.一种基于Boost原理的非隔离型桥臂交替式直流变压器，其特征在于，包括：两个不同电压等级的直流电压源，分别为高压侧电源和低压侧电源；两个高压电容器，分别为高压侧电容和低压侧电容；三条桥臂，分别为低压侧桥臂、高压侧桥臂和中间桥臂，所述三条桥臂均由桥臂电感和若干全桥型子模块级联而成；两个导向开关DS₁和DS₂，两个导向开关均由若干换流阀串联而成；

两个电容器的负极和两个直流电压源的负极相连接，低压侧桥臂连接低压侧电源正极和低压侧电容正极，高压侧桥臂连接高压侧电源正极和高压侧电容正极，中间桥臂的一端与低压侧电容正极相连接，另一端与两个导向开关相连接；导向开关DS₁与中间桥臂以及高压侧电容正极相连接，导向开关DS₂与中间桥臂以及地端相连接；

所述全桥型子模块包括四个换流阀和一个子模块电容器C_SM，四个换流阀分别为第一换流阀、第二换流阀、第三换流阀和第四换流阀；子模块电容器C_SM的正极与第一换流阀和第三换流阀的集电极相连接，子模块电容器C_SM的负极与第二换流阀和第四换流阀的发射极相连接；第一换流阀的发射极和第二换流阀的集电极相连接并构成全桥型子模块的第一端口，第三换流阀的发射极和第四换流阀的集电极相连接并构成全桥型子模块的第二端口。

2.根据权利要求1所述的一种基于Boost原理的非隔离型桥臂交替式直流变压器，其特征在于，全桥型子模块和导向开关中包含的换流阀均为带有反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管。

3.根据权利要求1所述的一种基于Boost原理的非隔离型桥臂交替式直流变压器，其特征在于，所述变压器包括四种工作模态，分别为：

(1)工作状态Ⅰ：DS₁导通，DS₂关断，此时中间桥臂连接于两侧电容之间，中间桥臂的输出电压为两侧电容电压之差，低压侧电网和中间桥臂向高压侧电网和高压侧电容供电；

(2)工作状态Ⅱ：DS₁关断，DS₂导通，此时中间桥臂与低压侧电容并联，中间桥臂的输出电压为低压侧电容电压，低压侧电网向中间桥臂充电，高压侧电容向高压侧电网供电；

过渡状态是工作状态Ⅰ和Ⅱ之间的过渡阶段，用于实现两个工作状态之间各支路电压和电流的平稳过渡，以及两个导向开关的零电流关断和零电压导通；过渡状态包含两个阶段：

(3)过渡状态Ⅰ：将中间桥臂的电流逐渐减小至0，关断DS₁；

(4)过渡状态Ⅱ：调节中间桥臂的输出电压为下一个工作状态的电压，导通DS₂，再将中间桥臂电流逐渐提升至下一工作状态的指令值。

4.根据权利要求1所述的一种基于Boost原理的非隔离型桥臂交替式直流变压器，其特征在于，所述变压器采用了电力电子装置“外环-内环-调制”的三层式经典控制架构；其中，外环负责实现输入输出功率控制以及各储能支路的功率平衡控制，输出低压、中间和高压侧桥臂的电流指令值；内环负责控制各个桥臂电流跟随对应的指令值，输出各个桥臂电压的指令值；调制环节负责根据电压指令值和桥臂内子模块均压的需求，生成所有换流阀的触发脉冲。