[发明专利]变换电路、前置电路、子模块、直流变换器及控制方法

说明书

本申请提供变换电路、前置电路、子模块、直流变换器及控制方法。所述变换电路包括前置电路和至少一个多电平桥臂，前置电路包括串联电容支路和钳位模块，串联电容支路包括M个开关电容模块，M为大于等于2的自然数，开关电容模块包括电容、第一可关断器件，第一可关断器件与电容串联连接，通过第一可关断器件的闭合或关断，控制电容的充放电回路的通断；除第一个开关电容模块之外的每个开关电容模块的一端连接钳位模块；多电平桥臂的电平数为M+1，多电平桥臂包括2M个串联连接的含有反并联二极管的全控型开关器件，除第M和第2M个全控型开关器件之外的每个全控型开关器件的负极引出一个端子，连接钳位模块。

技术领域

本申请涉及电力电子应用技术领域，具体涉及变换电路、前置电路、子模块、直流变换器及控制方法。

背景技术

直流变换器作为直流电网中，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/高压至低压的变换，受开关管器件应力和成本的影响，该类应用的直流变换器多采用多个子模块输入串联输出并联的结构，即ISOP结构。

目前传统方式下，直流变换器的子模块一般采用基于双有源桥结构(DAB)的电路实现，为了增强系统可靠性，该电路会在串联侧增加旁路支路，目前旁路支路一般多采用半桥电路实现，当有子模块出现故障时，可以通过开断半桥电路的上下开关管并配合旁路开关，实现故障子模块的旁路，而不影响直流变换器系统的运行。

随着研究的深入，采用传统双有源桥结构的电路，存在子模块数量多，体积大等一些缺点，为此，有学者开始研究将基于双有源桥结构(DAB)的电路改造为基于三电平或多电平电路的结构，即将原有双有源桥结构的高压侧更换为三电平或多电平结构，使相应子模块的高压侧能够承受更高的电压应力，而低压侧保持为原双有源桥结构，这样可以显著减少直流变换器所需子模块的数量，降低系统体积和成本。

然而，针对三电平结构的电路，仍然存在需要增加旁路功能的需求，如仍然采用传统双有源桥结构的旁路支路，则原有的半桥电路的电压应力需要提升。

目前，有专利CN109600049中提出了一种旁路用电路结构，其旁路支路的开关器件电压应力与三电平电路开关器件电压应力相同，但需要使用四个全控型开关器件，子模块的成本较高。也有专利CN201721588833.X提出采用开关电容方案减少旁路支路开关管数目，但该专利的方法仅适用于传统双有源桥结构(DAB)的电路。

发明内容

本申请实施例提供一种变换电路，包括前置电路和至少一个多电平桥臂，所述前置电路包括串联电容支路和钳位模块，所述串联电容支路包括M个开关电容模块，M为大于等于2的自然数，所述开关电容模块包括电容、第一可关断器件，所述第一可关断器件与所述电容串联连接，通过所述第一可关断器件的闭合或关断，控制所述电容的充放电回路的通断；除第一个所述开关电容模块之外的每个所述开关电容模块的一端连接所述钳位模块；所述多电平桥臂的电平数为M+1，所述多电平桥臂包括2M个串联连接的含有反并联二极管的全控型开关器件，除第M和第2M个全控型开关器件之外的每个所述全控型开关器件的负极引出一个端子，连接所述钳位模块。

根据一些实施例，所述变换电路还包括至少一个直流端口和至少一个交流端口，其中，所有所述串联电容支路与所述多电平桥臂的正负两极并联连接，构成所述直流端口。

根据一些实施例，所述变换电路还包括旁路开关，所述旁路开关两端连接在所述直流端口的两端。

根据一些实施例，所述变换电路还包括至少两个旁路开关，每个所述旁路开关并联连接至少一个串联连接的所述开关电容模块的两端。

根据一些实施例，第一个所述开关电容模块的第一端子悬空，除第一个所述开关电容模块之外的每个所述开关电容模块的第一端子与上一个相邻的所述开关电容模块的第二端子依次串联连接，第M个所述开关电容模块的第二端子为所述串联电容支路的负极，第一个所述开关电容模块的第三端子为所述串联电容支路的正极。