[发明专利]一种基于悬浮模块的多电平均压型DC-DC变换器

说明书

本发明为一种基于悬浮模块的多电平均压型DC‑DC变换器，由m个悬浮模块构成，m个悬浮模块分别为：SM₁,SM₂,…,SM_j‑1,SM_j,SM_j+1,…,SM_m，m为≥2的整数，每个悬浮模块由电容单元CU和均压单元VBU构成；悬浮模块SM_x对外引出P_x1、P_x2、P_x3和P_x4四个端子，P_x1、P_x2构成输入端口，P_x3、P_x4构成输出端口，其中x＝1,2,……,m；m个悬浮模块的输入端口串联，连接至输入侧或输出侧，且m个悬浮模块的输出端口并联，连接至输出侧或输入侧。变换器中，m个悬浮模块的输出端口并联后，能够并联在某个悬浮模块的输入端口上，此时该悬浮模块移除均压单元VBU，对外仅引出输入端口。

技术领域

本发明涉及多电平直流变换技术领域，具体说是一种基于悬浮模块的多电平均压型DC-DC变换器。

背景技术

中国幅员辽阔，为解决能源分布不均衡问题，建设远距离大功率的直流输配电网势在必行，这进一步促进了中高压大功率DC-DC变换器的研究。传统大容量DC-DC变换器如二极管箝位型变换器、双侧有源桥(DAB)式变换器等，其应用于高压直流电网互联时，为达到系统的电压和电流应力要求，通常需要大量器件串并联，然而串并联器件间的均压和均流问题限制了传统DC-DC变换器拓扑在大功率直流输配电领域的应用。

多电平均压型DC-DC变换器凭借结构模块化、电容电压自均衡、能量双向流动、开关器件电压应力低等优势近年来得到广泛研究。传统多电平均压型DC-DC变换器通常由多个支撑电容和均压电路构成，其中支撑电容串联承受直流侧高电压，均压电路在各支撑电容之间进行能量传递。然而，当某个支撑电容和均压电路所构成的模块发生故障后，极易造成支撑电容短路放电事故；由于不具备故障模块切除能力，导致故障由故障模块向正常模块扩散，进而影响整个变换器的正常运行，甚至造成严重的安全事故。

为提高传统多电平均压型DC-DC变换器的故障保护能力，本专利提出了基于悬浮模块的多电平均压型DC-DC变换器。相对于传统的多电平均压型DC-DC变换器，基于悬浮模块的多电平均压型DC-DC变换器在模块发生故障时可迅速切除故障模块，同时投入冗余模块，确保变换器正常工作。在高压直流侧发生短路故障时，可迅速切除全部模块，避免支撑电容通过短路回路放电，确保多电平均压型DC-DC变换器自身安全。因此，基于悬浮模块的多电平均压型DC-DC变换器具备良好的故障保护能力，适用于中高压大功率直流变换场合。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于悬浮模块的多电平均压型DC-DC变换器。相对于传统多电平均压型DC-DC变换器，基于悬浮模块的多电平均压型DC-DC变换器采用悬浮模块，具有良好的故障保护能力。在模块发生故障时可迅速切除故障模块，并将冗余模块投入运行，确保变换器正常工作；而在高压直流侧发生短路故障时，可迅速切除全部模块，避免支撑电容通过短路故障处放电，确保多电平均压型DC-DC变换器具有故障穿越能力。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于悬浮模块的多电平均压型DC-DC变换器，由m个悬浮模块构成，m个悬浮模块分别为：

SM₁,SM₂,…,SM_j-1,SM_j,SM_j+1,…,SM_m，m为≥2的整数，每个悬浮模块均由电容单元CU和均压单元VBU构成；