[发明专利]一种DC-DC变换器及其控制策略

说明书

一种DC‑DC变换器及其控制策略，结合MMC和ISOP‑DAB结构的优缺点，采用一种基于MMC和级联H桥的结构用于中低压直流配电网。该结构的中压侧通过MMC承受中压电平的电压，提高了设备的可靠性。低压侧通过多个级联的H桥串联在交流侧，以适应低压总线电压和更大的电流。模块化组合方案可以有效地增加功率容量，减轻功率管的应力，增强系统的冗余性；在每个模块的调制信号之间采用交错相移控制策略，减小系统电流纹波和滤波器组件的设计参数。本发明中压侧基本控制方案采用相等的CPS‑PWM控制和不相等的CPS‑PWM控制，可以有效改善直流变换器的输电特性。

技术领域

本发明属于低压直流配网用DC/DC变换器控制与调制领域，特别涉及一种基于模块化多电平变换器和级联H桥的MVDC新型DC-DC变换器。

背景技术

随着经济的发展，资源短缺问题和环境恶化的压力已经开始突出。因此，绿色和可持续能源的大规模开发势在必行。水，风，光和地热等新的可再生能源的应用是实现环境保护和可持续经济发展的唯一途径。对于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。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。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于模块化多电平变换器和级联H桥的MVDC新型DC-DC变换器及其控制策略，实现直流变换器结构及其控制策略的可行性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种DC-DC变换器，包括m个变压器，所述变压器的中压侧与MMC连接，低压侧与m个级联的H桥连接；所述MMC包括两个并联的臂对，每个臂对由上下两个桥臂串联而成，每个桥臂包括n个中压侧直流变换器子模块，所述m个H桥的输入端串联，输出端并联。

进一步的，MMC的输出端口和m个变压器之间连接有辅助电感。

进一步的，多个中压侧直流变换器子模块间采用交错工作方式。

进一步的，子模块为半桥子模块。

进一步的，桥臂中包括一个与子模块串联的缓冲电感。

进一步的，H桥的输出端并联有电容。

上述的变换器的控制策略，包括以下步骤：

步骤1，根据中压侧电压等级和开关器件的耐压能力，确定MMC一个桥臂的半桥子模块的数目N，选择中压侧半桥子模块IGBT的器件型号；

步骤2，将中压侧每一相中的上、下桥臂组成一个臂对，给中压侧两个臂对设置相位相反的调制波，对于一个开关周期，每一个载波控制一个子模块的触发，根据一个臂对内子模块的数目设置载波数目；

步骤3，根据中压侧交流等效电压波形谐波畸变率大小、该DC-DC变换器的功率传输能力大小、功率传输效率以及器件可以耐受的额定电压或额定电压/电流变化率的要求，确定中压侧交流等效电压波形为等距阶梯波还是不等距阶梯波，等距载波移相控制产生等距阶梯波，不等距载波移相控制产生不等距阶梯波，从而确定采用等距载波移相控制还是不等距载波移相控制，确定同一臂对中子模块的投切顺序，进而确定载波与子模块的对应关系，对于中压侧一个桥臂有N个子模块的DC-DC变换器，中压侧交流等效输出电压的电平数是2N+1。