[发明专利]一种含两种类型模组的双向直流变换器及其控制方法

说明书

本发明公开一种含两种类型模组的双向直流变换器及其控制方法。采用二种不同类型的模组组成，分别定义为类型Ⅰ模组与类型Ⅱ模组，通过将这些模组的一个端口串联，而另一个端口并联组成功率等级和电压等级更高双向直流变换器。二种模组使用个数不限，但每种至少1个。二种模组均至少包含一个隔离型直直电路。其中，类型Ⅰ模组的电路结构形式还至少包含一个自身功率可主动调节的直直电路，类型Ⅱ模组的电路结构形式与类型Ⅰ模组不同。本发明的双向直流变换器及其控制方法，可以根据不同类型模组的组合情况，实现整体双向直流变换器的功率和电压调节，或改善其运行特性。

技术领域

本发明属于电力电子应用领域，涉及直流电网和双向直流变换器，特别涉及一种同时含有两种类型模组的双向直流变换器及其控制方法。

背景技术

双向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，该类应用的双向直流变换器多采用多个模组输入串联输出并联的结构，即ISOP，模组则一般采用基于双有源桥电路和基于LC谐振技术电路的隔离型直直变换器。其中，双有源桥电路，也被称为DAB电路，该电路以其自身功率能够主动自由的调节，易于实现软开通，成为双向直流变换器的最常见的一种模组，但DAB电路存在功率回流以及对两端电压匹配要求高等劣势。相比DAB电路，基于LC谐振技术的电路能够实现所有开关管的软开通和软关断，所以其工作效率将高于DAB电路结构。然而，基于LC谐振技术的电路受到其开关频率和谐振频率关系的限制，一般不宜实现较好的电压或电流闭环控制，即属于自身功率不宜主动调节的电路。

为解决LC谐振型技术电路的可控制问题，以及DAB电路对电压匹配要求高的问题，有学者提出给上述隔离型直直电路级联一级或多级自身功率可主动调节的非隔离直直电路，这样，双向直流变换器的一个模组至少包含了两个或以上个数的直直电路。通过对所级联电路功率的调节，一方面针对LC谐振型技术的电路，能够解决其可控制问题，另一方面能够令DAB电路易于实现两侧电压的匹配，实现更高效的控制。但上述方案由于给所有模组都增加至少一级直直电路，在不改变开关管电压应力的情况下，增加了整体双向直流变换器的体积和成本，同时，两级或多级变换电路也增加了整体电路的损耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种含有两种类型模组的双向直流变换器，不仅能够解决通过LC谐振型技术电路构成的双向直流变换器的控制问题，能够解决基于DAB电路模组的电压匹配问题，还能够减少基于全两级或多级变换电路模组构成的双向直流变换器的成本和效率。同时，本专利还针对新型双向直流变换器组成方案，提出了相应的控制方法。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种含两种类型模组的双向直流变换器，其特征在于：

所述双向直流变换器由两种类型的模组组成，分别定义为类型Ⅰ模组与类型Ⅱ模组，每种模组至少采用1个；将所有两种模组的一个端口串联后作为双向直流变换器的第一端口，该端口的直流输入正极直接接入中/高压直流电网的正极，负极接入中/高压直流电网的负极；将所有两种类型模组的另一个端口通过并联形成第二端口，该端口连接负载或者连接直流母线；所述两种模组均至少包含一个隔离型的直直电路；其中，所述类型Ⅰ模组的结构形式至少包含一个自身功率可主动调节的直直电路；所述类型Ⅱ模组的结构形式与类型Ⅰ模组不同。

所述双向直流变换器的类型Ⅰ模组有二种结构形式，分别为：

a1.类型Ⅰ模组仅包含一个自身功率可主动调节的直直电路，其余电路为功率不可主动调节的直直电路；所有直直电路中至少包含一个隔离型的直直电路；定义该类型Ⅰ模组为类型Ⅰ模组a型；

b1.类型Ⅰ模组至少包含二个或以上个数自身功率可主动调节的直直电路，其余电路为自身功率不可主动调节的直直电路；所有直直电路中至少包含一个隔离型的直直电路；定义该类型Ⅰ模组为类型Ⅰ模组b型；

所述双向直流变换器的类型Ⅱ模组有二种结构形式，分别为：