[发明专利]一种DC-DC变换器及其控制策略

说明书

本发明公开一种DC‑DC变换器及其控制策略，包括m个变压器，变压器的中压侧与MMC连接，低压侧与m个级联H桥连接；所述m个变压器分别与m个级联的H桥连接，所述MMC由两个并联的臂对组成，每个臂对由上下两个桥臂Arm串联而成，所述每个桥臂Arm包括n个第一直流变换器子模块SMn，所述MMC的第一臂对的上桥臂和第二臂对的下桥臂或所述MMC的第一臂对的下桥臂和第二臂对的上桥臂中插入s个第二直流变换器子模块SMs；本发明通过具有宽增益范围的调制方法，可以在充分利用所有模块的基础上灵活地配置交流电压幅值与直流电压幅值之比，避免产生较大的电流应力、回流功率以及损耗，同时减少交流链路中所需的高频变压器数量，降低电绝缘的难度。

技术领域

本发明属于低压直流配网用DC/DC变换器调制与控制技术领域，具体属于一种基于模块化多电平变换器和级联H桥的新型DC/DC变换器及其控制策略。

背景技术

随着经济的发展，新型能源的大规模开发势在必行。水，风，光和地热等可再生能源的应用是实现环境保护和可持续经济发展的重要途径。对于该类可持续的分布式能源，直流配电系统可以更好地获取和吸收电能。

直流电源转换技术已成为业界研究的热点，在当前适用于高压和大功率应用的直流变换器拓扑中，基于输入串联输出并联ISOP结构的直流变换器拓扑是研究最多，最成熟的拓扑。整个直流变换器由独立的DC/DC变换器组成。一方面，每个变换器在输入侧串联连接，以承受中压直流输入侧的高电平电压。另一方面，通过输出侧的并联连接，它可以在低压侧平均分配巨大的功率和电流。在ISOP结构的直流变压器中，功率单元通常选择DAB型。它可以实现电压转换，具有电气隔离以及实现设备软切换的能力，较易通过相移实现潮流控制的目的，并且输出调整范围更大。

DC/DC变换器最常用的拓扑是双有源桥DAB变换器，它具有DC-DC电压转换和双向能量传输的功能。变换器的两侧通过高频变换器HFT进行电隔离。具有这种结构的DC变换器的主要问题是，能量在总线与总线之间传输时，需具备较大功率容量，单个变换器容量有限且存在功率开关电压应力的限制，不能满足系统功率需求。对于MMC端，最常用的控制方法是载波相移脉宽调制(CPS-PWM)方法，该方法在不同载波之间造成相移。通过参考波与载波之间的比较，产生了对应SM的触发信号。具有这种结构的DC变换器的主要问题是，能量在总线与总线之间传输时，需具备较大功率容量，单个变换器容量有限且存在功率开关电压应力的限制，不能满足系统功率需求。因此对于DC/DC变换器及其控制策略的研究是非常有意义的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于模块化多电平变换器和级联H桥的DC/DC变换器及其控制策略，以实现直流变换器优化控制策略的可行性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种DC-DC变换器，包括m个变压器，变压器的中压侧与MMC连接，低压侧与m个级联H桥连接；所述m个变压器分别与m个级联的H桥连接，所述MMC由两个并联的臂对组成，每个臂对由上下两个桥臂Arm串联而成，所述每个桥臂Arm包括n个第一直流变换器子模块SMn，所述MMC的第一臂对的上桥臂和第二臂对的下桥臂或所述MMC的第一臂对的下桥臂和第二臂对的上桥臂中插入s个第二直流变换器子模块SMs。

进一步的，所述MMC的输出端口经过辅助电感L_m和m个变压器连接。

进一步的，每个桥臂Arm还包括缓冲电感L，所述缓冲电感L_n与n个第一直流变换器子模块SMn串联。

进一步的，所述n个第一直流变换器子模块SMn采用交错工作方式。

进一步的，所述直流变换器子模块SM为半桥子模块。

进一步的，所述级联的H桥采用输入串联、输出并联的结构级联。

本发明还公开一种DC-DC变换器的控制策略，具体步骤如下：