本發(fā)明涉及電力電子技術領域，具體涉及一種新型DC/DC變換器。

背景技術：

隨著基于電壓源換流器(VSC)的多端柔性直流和直流電網(wǎng)技術的逐步應用，需要高電壓等級DC/DC變換器來滿足不同電壓等級直流電網(wǎng)互聯(lián)以及新能源如離岸風電的直流并網(wǎng)等高壓DC/DC能量交互場合要求。而目前的各類DC/DC變換器主要適用于低壓電能變換場合，例如電壓等級范圍為1kV以下的變換器。目前直流輸電電壓通常在幾十kV甚至幾百kV，因此以往的低壓DC/DC變換器不適用于高壓應用場合。

陽光電源股份有限公司申請的專利(CN20140310090.4)涉及一種高變比的直流-直流變換器，但其高壓側電壓依然受到電力電子器件耐壓限制而不能做高。阿爾斯通技術有限公司提出的專利(201180072746.8)涉及一種直流到直流變換器組件，但是其拓撲需要的模塊數(shù)量很大，既包含了子模塊，還用到單個半導體器件，因此其拓撲復雜、造價與體積也不甚理想。ABB技術有限公司提出的專利(CN201180072949.7)涉及一種基于級聯(lián)單元的雙向非隔離DC-DC變換器，通過電路內部循環(huán)交流電流實現(xiàn)兩個直流電壓源之間功率交換，但是其低壓輸出側需要配置一個差模電壓濾波器，以實現(xiàn)低壓側直流電壓的穩(wěn)定。因此，亟需要提供一種成本低、空間小、變比范圍寬，適用于中大功率場合的DC/DC變換器。

技術實現(xiàn)要素：

為了滿足現(xiàn)有技術的需要，本發(fā)明提供了一種新型DC/DC變換器。

本發(fā)明的技術方案是：

所述變換器包括第一橋臂單元、第二橋臂單元、第三橋臂單元、第四橋臂單元、第一電抗器和第二電抗器；所述第一橋臂單元和第二橋臂單元接入低壓側直流電源，所述第三橋臂單元和第四橋臂單元接入高壓側直流電源；

所述第一橋臂單元與第二橋臂單元串聯(lián)，所述第三橋臂單元與第四橋臂單元串聯(lián)；

所述第一橋臂單元與第二橋臂單元的連接端，以及所述第三橋臂單元與第四橋臂單元的 連接端直接相連；

所述第一橋臂單元的另一端通過第一電抗器與第三橋臂單元的另一端連接；所述第二橋臂單元的另一端通過第二電抗器與第四橋臂單元的另一端連接。

優(yōu)選的，所述第一橋臂單元和第二橋臂單元均包括一個第一功率子模塊；

所述第一功率子模塊包括電容器，以及串聯(lián)的第一功率器件和第二功率器件；所述電容器并聯(lián)在第一功率器件和第二功率器件的兩端；

優(yōu)選的，

所述第一橋臂單元中第一功率器件接入低壓側直流電源的正極，第二功率器件與第二橋臂單元的第一功率器件連接；所述第二橋臂單元中第二功率器件接入低壓側直流電源的負極；

所述第一電抗器的一端接入第一橋臂單元中第一功率器件與第二功率器件之間，另一端接入高壓側直流電源的正極；

所述第二電抗器的一端接入第二橋臂單元中第一功率器件與第二功率器件之間，另一端接入高壓側直流電源的負極；

優(yōu)選的，所述第一橋臂單元和第二橋臂單元均包括一個第一功率子模塊和N個第二功率子模塊，N至少為1；

所述第一功率子模塊包括電容器，以及串聯(lián)的第一功率器件和第二功率器件；所述電容器并聯(lián)在第一功率器件和第二功率器件組成的串聯(lián)支路的兩端；

所述第一橋臂單元中第一功率器件接入低壓側直流電源的正極，第二功率器件與第二橋臂單元的第一功率器件連接；所述第一橋臂單元中的N個第二功率子模塊級聯(lián)后組成第一級聯(lián)支路；所述第一級聯(lián)支路的一端接入第一功率器件與第二功率器件之間，另一端與第一電抗器連接；所述第一電抗器的另一端接入高壓側直流電源的正極；

所述第二橋臂單元中第二功率器件接入低壓側直流電壓的負極；所述第二橋臂單元中的N各第二功率子模塊級聯(lián)后組成第二級聯(lián)支路；所述第二級聯(lián)支路的一端接入第一功率器件與第二功率器件之間，另一端與第二電抗器連接；所述第二電抗器的另一端接入高壓側直流電源的負極；

優(yōu)選的，所述第三橋臂單元和第四橋臂單元均包括至少一個第二功率子模塊；

優(yōu)選的，所述第二功率子模塊為半橋功率子模塊和H橋功率子模塊中任一種。

與最接近的現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是：

1、本發(fā)明提供的一種新型DC/DC變換器，只需要少量功率子模塊即可實現(xiàn)DC/DC變換， 站地小、損耗??；

2、本發(fā)明提供的一種新型DC/DC變換器，可以簡單地實現(xiàn)大變比、小變比等各種變比直流電壓的DC/DC的變換；

3、本發(fā)明提供的一種新型DC/DC變換器，基于模塊化多電平方案，模塊化多電平技術在柔性直流輸電、鏈式STATACOM等領域都有廣泛應用，技術較為成熟，因此相通的技術易借鑒并應用于高壓DC/DC變換器中；

4、本發(fā)明提供的一種新型DC/DC變換器，結構新型、控制簡單，應用靈活，設備成本低，耐受電壓等級高，且易于擴展至不同電壓等級直流電網(wǎng)，包含傳統(tǒng)特高壓直流電網(wǎng)，也適用于風電等新能源直流并網(wǎng)場合。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。

圖1：本發(fā)明實施例中一種新型DC/DC變換器結構示意圖；

圖2：本發(fā)明實施例中第二功率子模塊結構示意圖；

圖3：本發(fā)明實施例中另一第二功率子模塊結構示意圖；

圖4：本發(fā)明實施例中第一功率子模塊結構示意圖；

其中，1：第一橋臂單元；2：第二橋臂單元；3：第三橋臂單元；4：第四橋臂單元；5：第一功率子模塊；6：第二功率子模塊；7：第一電抗器；8：第二電抗器。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提供的一種新型DC/DC變換器的實施例如圖1所示，具體為：

本實施例中新型DC/DC變換器包括第一橋臂單元1、第二橋臂單元2、第三橋臂單元3、第四橋臂單元4、第一電抗器7和第二電抗器8。其中，

①：第一橋臂單元1和第二橋臂單元2接入低壓側直流電源Vin，第三橋臂單元3和第四橋臂單元4接入高壓側直流電源Vout。第一橋臂單元1與第二橋臂單元2串聯(lián)，第三橋臂單元3與第四橋臂單元4串聯(lián)。

②：第一橋臂單元1的另一端通過第一電抗器7與第三橋臂單元3的另一端連接；第二 橋臂單元2的另一端通過第二電抗器7與第四橋臂單元4的另一端連接。

③：第一橋臂單元1與第二橋臂單元2的連接點，以及第三橋臂單元3與第四橋臂單元4的連接點直接相連。

1、第一橋臂單元和第二橋臂單元

本實施例中第一橋臂單元1和第二橋臂單元2的結構相同，包括兩種拓撲結構。

(1)第一種拓撲結構

第一橋臂單元1和第二橋臂單元2均包括一個第一功率子模塊5。

如圖4所示，第一功率子模塊5包括電容器，以及串聯(lián)的第一功率器件和第二功率器件；電容器并聯(lián)在第一功率器件和第二功率器件組成的串聯(lián)支路的兩端。

第一橋臂單元中1第一功率器件接入低壓側直流電源的正極，第二功率器件與第二橋臂單元的第一功率器件連接；第二橋臂單元2中第二功率器件接入低壓側直流電源的負極。

第一電抗器7的一端接入第一橋臂單元1中第一功率器件與第二功率器件之間，另一端接入高壓側直流電源的正極；

第二電抗器8的一端接入第二橋臂單元2中第一功率器件與第二功率器件之間，另一端接入高壓側直流電源的負極。

(2)第二種拓撲結構

第一橋臂單元1和第二橋臂單元2均包括一個第一功率子模塊和N個第二功率子模塊，N至少為1。

如圖1-3所示，第一橋臂單元1中第一功率器件接入低壓側直流電源的正極，第二功率器件與第二橋臂單元的第一功率器件連接；

第一橋臂單元1中的N個第二功率子模塊級聯(lián)后組成第一級聯(lián)支路；第一級聯(lián)支路的一端接入第一功率器件與第二功率器件之間，另一端與第一電抗器連接；第一電抗器的另一端接入高壓側直流電源的正極。

第二橋臂單元2中第二功率器件接入低壓側直流電壓的負極；

第二橋臂單元2中的N各第二功率子模塊級聯(lián)后組成第二級聯(lián)支路；第二級聯(lián)支路的一端接入第一功率器件與第二功率器件之間，另一端與第二電抗器連接；第二電抗器的另一端接入高壓側直流電源的負極。

本實施例中第三橋臂單元和第四橋臂單元均包括至少一個第二功率子模塊。第二功率子模塊為半橋功率子模塊和H橋功率子模塊中任一種。

本實施例中的功率器件均采用全控型電力電子器件，如IGBT、IGCT、IEGT和GTO等。

本發(fā)明提供的一種新型DC/DC變換器的工作原理為：

第一橋臂單元1產(chǎn)生一個正向偏置的周期性波形U1，第三橋臂單元3也產(chǎn)生一個正向偏置的周期性波形U2，U1和U2的波形一致，但是相位可以不同。通過調整U1和U2的相位差，實現(xiàn)電抗器電流的雙向流動，進而實現(xiàn)高壓低壓兩側電能的交換。同樣，第二橋臂單元2和第四橋臂單元4也通過產(chǎn)生相位可調的波形U3和U4，實現(xiàn)高壓低壓兩側電能的交換。為了確保高壓側的輸出直流電壓穩(wěn)定，需要確保U2+U4的大部分時間內等于高壓側目標電壓值。

本實施例中通過基于電流方向判斷的電容電壓平衡算法，實現(xiàn)橋臂內各個功率子模塊的電容電壓接近一致。第一橋臂單元1和第二橋臂單元2中的第二功率子模塊需要確保單周期內充放電基本一致，才能保證DC/DC變換器的穩(wěn)定運行，通過調節(jié)波形進而控制充/放電電流，來實現(xiàn)第二功率子模塊的能量平衡。

最后應當說明的是：所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。