基于模块化多电平拓扑的双向DC∕DC变换器研究.pdf

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1、基于模块化多电平拓扑的双向DC/DC变换器研究陈瑞（中国舰船研究设计中心，武汉430064）摘要：讨论了一种基于模块化多电平拓扑的双向直流变换器，这种电路继承了模块化多电平转换器的优点，具有容易模块化和冗余设计等优势。同时分析了这种电路的拓扑以及调制方法，并对其中的两种调制方法进行了仿真实验。关键词：模块化；多电平拓扑；DC/DC变换器中图分类号：TM46文献标志码：ADOI：10.16443/j.cnki.31-1420.2016.05.012ResearchonModularMulti-levelTopologyBasedBi-

2、directionalDC/DCConverterCHENRui(ChinaShipDevelopmentandDesignCenter,Wuhan430064,China)Abstract:Inthispaper,amodularmulti-leveltopologybasedbi-directionalDC/DCconverterisdiscussed.Inheritedfrommodularmulti-levelconverter,thistopologymakesitveryconvenientformodularizati

3、onandredundantdesign.Itsmodulationmethodsaredetailedlyanalyzedaswell,amongwhichtwomethodsarechosentobesimulatedandverified.Keywords:modularization;multi-leveltopology;DC/DCconverter0引言问题，采用直流电力传输系统比交流系统更为可靠。其随着电力电子技术的发展，在输变电系统中，直次从输电层面来讲，直流输电传输损耗小，电能传输容流系统的应用正变得越来越多。近年

4、来，国内外对直量和输电电压等级均高于交流输电系统，电能传输质量流输电的需求日益高涨。与交流电网相比，直流电网高，特别适用于远距离输电。有文献提出，当传输距离[1-4]在很多领域存在技术和经济优势。首先，直流系统大于80km时，直流系统的损耗会变得更小。更重要的对于可再生能源的接入更为有利。目前世界上很多国是，如今大多数城市的电网由交流电网组成，在未来，家正在建设许多海上风电场，例如欧洲提出的“超级直流电网直接供应电力给用户的需求会大大增加。网格”的概念，北海海上风电网是“超级电网”的示目前，限制直流电网形成的因素主要是缺少大功[5,

5、6][7,8]范工程之一。如果海上风力发电场直接使用交流电率等级直流变换器。因为传统直流变换器的电压增力传输网进行电能的传输将会存在一些问题，如运行益较小，如果需要高电压等级进行传输，需要将很多稳定性低、电缆的高容性电流等一些问题。针对这些传统的直流变换器进行级联。作者简介：陈瑞（1981—），男，硕士研究生。研究方向：电力电子技术在舰船电力系统中的应用。45机电设备2016/5AcademicResearch技术交流[9-12]在众多的隔离式DC/DC转换器，双有源桥（Dual点。DAB电路通过改变相移角来控制功率的大小Activ

6、eBridge，DAB）电路受到了人们更多的关注。它和方向。文献13、文献14对图1的DAB电路的工作具有功率密度高、控制方法简单、能量双向流动等优原理和控制策略进行了深入的研究。图1双有源桥电路拓扑为满足接入中高压直流电网的储能变流器直流母考虑到DAB和MMC各自的优点，将它们相互结线电压的等级，德国学者MarquardtR.及其合作者提出合，一种双向DC/DC转换器的拓扑的被提出。几种隔[17,18][19,20]了基于级联结构的模块化多电平变换器（Modular离型和非隔离型模块化多电平DC/DC变换器MultilevelCo

7、nverter，MMC），如图2所示。模块化多（MMDC）的被各国学者所提出。电平变换器为DC/DC转换器提供了应用在较高电压直在前人的基础上，本文主要介绍了模块化多电平流系统的中解决方法。MMC继承了传统级联的H桥变换器的拓扑结构，并对于该拓扑的几种调制方法进多电平转换器的优点，具有容易模块化和冗余设计等行了介绍与分析。优点。MMC电路增加了公共直流总线，所以可以在背靠背高压电源转换的情况下直接应用。此外，MMC电1拓扑结构[15,16]路还具有直流故障穿越的能力。典型的模块化多电平的拓扑结构如图3所示。电路的交流侧通过变压器进行

8、连接，拓扑的两个直流端uvwidc口连接两个不同的直流电网。这种隔离型模块多电平iiipupvpw直流变换器可以通过调节变压器原、副边电压的相位SM1SM1SM1差，来改变原、副边能量传递的大小和方向。当原边SM2SM2SM2交流电压