CN103280977A - 一种基于模块化多电平换流器的隔离型dc/dc变换器 - Google Patents

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罗湘
曹均正
汤广福
魏晓光
刘杰
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Abstract

本发明提供一种基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器，所述变换器包括输入端模块化多电平换流器、高频变压器和输出端模块化多电平换流器；所述输入端模块化多电平换流器通过高频变压器和输出端模块化多电平换流器连接。输入端模块化多电平换流器和输出端模块化多电平换流器均采用MMC子模块，承受高电压，电压等级高，传输容量大，可扩展性强，且中间过程的交流变换环节波形畸变系数小，谐波含量低；可有效对变换器的输入输出侧进行电气隔离。

Description

一种基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及基于一种模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器。 
背景技术
随着基于电压源换流器（VSC）的多端柔性直流和直流电网技术的开始应用，DC/DC变换器成为构建直流电网的关键设备之一。在交流***中，交流变压器利用电磁感应原理，当初级线圈中通有交流电变压器原理图流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。而在直流***中，电压并不改变方向，因此直流***的电压变换远比交流电流的开断困难。 
作为直流电网的关键设备之一，DC/DC变换器的主要作用应包括：①实现不同电压等级直流网络的联接；②可以起到不同线路或者***之间的电气隔离；③潮流方向双向可控。常用的DC/DC变换器还包括如谐振技术，飞跨电容技术等拓扑结构。其中谐振技术在中小功率DC/DC变换器中应用较多，结构简单，控制方便，效率高，但不能阻断故障的传播，且谐振参数调试困难，同时受限于晶闸管的耐受电压，可扩展性差。飞跨电容电路，其输入输出之间的电压比例受限制，电压等级和输出变比较高，或容量过大时，需采用多单元级联，控制复杂，可靠性差。 
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器，输入端模块化多电平换流器和输出端模块化多电平换流器均采用MMC子模块，承受高电压，电压等级高，传输容量大，可扩展性强，且中间过程的交流变换环节波形畸变系数小，谐波含量低；可有效对变换器的输入输出侧进行电气隔离。 
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案： 
提供一种基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器，所述变换器包括输入端模块化多电平换流器、高频变压器和输出端模块化多电平换流器；所述输入端模块化多电平换流器通过高频变压器和输出端模块化多电平换流器连接。所述高频变压器的磁芯由基于铁基非晶合金材料制成。 
所述输入端模块化多电平换流器和输出端模块化多电平换流器均包括MMC子模块。 
所述MMC子模块包括直流电容器、两个IGBT芯片、两个均压电阻和晶闸管组成；其中，两个IGBT芯片串联形成IGBT芯片串联支路，两个均压电阻串联形成均压电容支路，所述IGBT芯片串联支路、均压电容支路和直流电容器并联，所述晶闸管与IGBT芯片之一并联，其阳极连接直流电容器的负极，阴极连接直流电容器的正极，晶闸管的阴极引出子模块的正极输出，晶闸管的阳极引出子模块的负极输出。 
所述输入端模块化多电平换流器的交流侧输出频率为500～1000Hz。 
所述输出端模块化多电平换流器的交流侧输出频率为500～1000Hz。 
所述高频变压器的工作频率为500～1000Hz。 
所述高频变压器的低压端带有2～3个抽头。 
与现有技术相比，本发明的有益效果在于： 
1、本发明提供的变换器两侧采用MMC子模块承受高电压，电压等级高，传输容量大，可扩展性强，适用范围广，中间过程的交流变换环节波形畸变系数小，谐波含量低，损耗低； 
2、本发明提供的变换器采用高频变压器，可有效对变换器的输入输出侧进行电气隔离，也可有效降低DC/DC变换器的体积和造价。 
附图说明
图1是提供的DC/DC变换器电气拓扑图； 
图2是本发明提供的DC/DC变换器中MMC子模块电气结构图。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。 
如图1，本发明提供一种基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器，所述变换器包括输入端模块化多电平换流器、高频变压器和输出端模块化多电平换流器；所述输入端模块化多电平换流器通过高频变压器和输出端模块化多电平换流器连接。所述高频变压器的磁芯由基于铁基非晶合金材料制成。 
所述输入端模块化多电平换流器和输出端模块化多电平换流器均包括MMC子模块。 
如图2，所述MMC子模块包括直流电容器、两个IGBT芯片、两个均压电阻和晶闸管组成；其中，两个IGBT芯片串联形成IGBT芯片串联支路，两个均压电阻串联形成均压电容支路，所述IGBT芯片串联支路、均压电容支路和直流电容器并联，所述晶闸管与IGBT芯 片之一并联，其阳极连接直流电容器的负极，阴极连接直流电容器的正极，晶闸管的阴极引出子模块的正极输出，晶闸管的阳极引出子模块的负极输出。 
所述输入端模块化多电平换流器的交流侧输出频率为500～1000Hz。 
所述输出端模块化多电平换流器的交流侧输出频率为500～1000Hz。 
所述高频变压器的工作频率为500～1000Hz。 
所述高频变压器的低压端带有2～3个抽头。 
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (7)

1.一种基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器，其特征在于：所述变换器包括输入端模块化多电平换流器、高频变压器和输出端模块化多电平换流器；所述输入端模块化多电平换流器通过高频变压器和输出端模块化多电平换流器连接，所述高频变压器的磁芯由基于铁基非晶合金材料制成。
2.根据权利要求1所述的基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器，其特征在于：所述输入端模块化多电平换流器和输出端模块化多电平换流器均包括MMC子模块。
3.根据权利要求2所述的基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器，其特征在于：所述MMC子模块包括直流电容器、两个IGBT芯片、两个均压电阻和晶闸管组成；其中，两个IGBT芯片串联形成IGBT芯片串联支路，两个均压电阻串联形成均压电容支路，所述IGBT芯片串联支路、均压电容支路和直流电容器并联，所述晶闸管与IGBT芯片之一并联，其阳极连接直流电容器的负极，阴极连接直流电容器的正极，晶闸管的阴极引出子模块的正极输出，晶闸管的阳极引出子模块的负极输出。
4.根据权利要求2所述的基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器，其特征在于：所述输入端模块化多电平换流器的交流侧输出频率为500～1000Hz。
5.根据权利要求2所述的基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器，其特征在于：所述输出端模块化多电平换流器的交流侧输出频率为500～1000Hz。
6.根据权利要求1所述的基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器，其特征在于：所述高频变压器的工作频率为500～1000Hz。
7.根据权利要求1所述的基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器，其特征在于：所述高频变压器的低压端带有2～3个抽头。
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