[发明专利]桥臂交叉模块化多电平动态投切DC-DC变压器

摘要

本发明公开了一种桥臂交叉模块化多电平动态投切DC‑DC变压器，由变压桥臂A、B并联构成，所述变压桥臂A、B由多个半桥子模块HBSM的串联结构、控制阀S₁～S₄构成，半桥子模块HBSM包括由两组串联的IGBT及正向并联二极管、一并联内部电容；当功率出现正向和反向流动时，子模块内部电容实现充放电。与现有技术相比，本发明能够动态改变原副边子模块投切比例，可在线实现变比灵活调节；能够大幅减少子模块数量，从而减少所需开关器件及电容器数目，无需交流变压器，经济性优势显著，能有效减小直流变压器体积，利于推广应用；满足高电压大容量直流输电需求，具备较好的控制灵活性。

主权项

1.一种桥臂交叉模块化多电平动态投切DC‑DC变压器，由变压桥臂A、B并联构成，其特征在于，所述变压桥臂A、B由多个半桥子模块的串联结构、控制阀S1～S4构成，半桥子模块包括由两组串联的IGBT及反向并联二极管、一个内部电容；其中：以单极运行直流系统为例，变压桥臂A、B并联，变压桥臂A可经过正极侧第一控制阀S1和第三控制阀S3分别接入一二次侧直流系统；变压桥臂B亦可经过正极侧第二控制阀S2和第四控制阀S4分别接入一二次侧直流系统。控制阀S1和S2导通状态互补，S3和S4导通状态互补，变压桥臂A、B负极侧与0电位连接。上下桥臂控制阀S1～S4由多个开关器件串联构成，开关器件由IGBT及反向并联二极管构成，实现上下桥臂交叉投切，如图1所示，当包含不同导通方向IGBT时，开关器件可以开断双向电流，为双向功率控制阀，当仅包含单个导通方向的IGBT时，为单向功率控制阀；当功率由一次侧流向二次侧时，存在以下的工作状态：工作状态1：控制阀S1、S4闭合，S2、S3关断；变压桥臂A接入一次侧直流线路，依据桥臂A子模块电容电压排序结果，优先投入电容电压较低的N1个子模块。由功率流向可知桥臂A子模块电容充电，电容电压上升；变压桥臂B接入二次侧直流系统，依据桥臂B子模块电容电压排序结果，优先投入电容电压较高的N2个子模块；子模块内部电容放电，电容电压下降；工作状态2：控制阀S2、S3闭合，S1、S4关断；桥臂A接入二次侧直流系统，依据桥臂A子模块电容电压排序结果，优先投入电容电压较高的N2个子模块。由功率流向可知桥臂A子模块电容放电，电容电压下降。桥臂B接入一次侧直流系统，依据桥臂B子模块电容电压排序结果，优先投入电容电压较低的N1个子模块。由功率流向可知子模块电容充电，电容电压上升。当功率由二次侧流向一次侧时，即功率反向时，上述工作状态1和工作状态2中的充放电情况相反。