[发明专利]自动均压开关网络、直流变换器、控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种自动均压开关网络、直流变换器、控制系统及控制方法，其包括：自动均压开关网络、谐振腔电路、整流电路以及滤波电路四部分，其中，自动均压开关网络连接输入电压的两端，滤波电路的两端连接负载。本发明输入端采用了串联结构，降低了功率开关管的电压应力；在一个开关周期内，每个输入均压电容均与其相邻的输入均压电容并联均压，从而在没有额外的输入均压控制的情况下实现了输入均压电容上的电压平衡，避免了系统输入均压电容发散的风险，且无需再采样每个子模块的输入电压信息，简化了控制复杂度。所有功率开关管采用统一开关频率控制，进一步降低了控制难度；所有功率开关管和高频整流二极管实现软开关，提高了变换器效率。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种自动均压开关网络、直流变换器、控制系统及控制方法。

背景技术

高压直流输电系统具有功率密度高、传输线路损耗小等优点，广泛应用于工业配电网、新能源发电以及电气化铁路等场合。但是对于配电网络和用户而言，一般只有数百伏电压。用于高压输电（数十千伏）与低压用电（数百伏）之间的高变比（高变比是指输入电压与输出电压之比很大：例如高压输入电压等级为数十千伏，而输出电压为数百伏）降压直流变换器是实现不同电压等级互联的关键设备之一。高压输入低压输出的直流应用场合对变换器的器件应力要求较高，限于器件技术限制，单个变换器难以满足要求。在这种场合中常用的直流变换器采用输入串联输出并联结构。输入串联输出并联直流变换器采用多个子模块在输入端串联，在输出端并联而成。在子模块电气参数不一致、控制信号不一致的情况下输入均压电容上的电压可能发散，使得系统的可靠性降低。为了平衡输入均压电容电压，往往需要额外的输入均压控制，输入均压控制需要采样每个子模块的输入电压信息，由于每个子模块的输入电压存在稳态电位差，高绝缘的隔离采样往往需要光纤传输至低压侧后再将控制信号传输至每个子模块中，这在子模块数量较多的情况下极大地增加了控制系统的复杂度和成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种自动均压开关网络、直流变换器、控制系统及控制方法，在没有额外的输入均压控制的情况下实现输入均压电容上的电压平衡。

一种自动均压开关网络，包括多个串联的半桥子模块；相邻两个半桥子模块共用一个功率开关管。

上述相邻两个半桥子模块共用一个功率开关管是指：第一个半桥子模块的最后一个功率开关管即为第二个半桥子模块的第一个功率开关管，第二个半桥子模块的最后一个开关管即为第三个半桥子模块的第一个功率开关管，依此类推。本发明的自动均压开关网络中，由于相邻两个半桥子模块共用一个功率开关管，因此有多个直流电容（即均压电容）串联，在一个开关周期内，每个均压电容均与其相邻的均压电容并联均压，从而在没有额外的输入均压控制的情况下实现了均压电容上的电压平衡，避免了均压电容发散的风险。

为了简化结构，本发明的半桥子模块包括两个串联的功率开关管，所述两个串联的功率开关管组成的串联支路与直流电容并联。

所有半桥子模块的所有功率开关管开关频率相同，降低控制难度。