悬浮式电容空间用三电平直流变换器拓扑研究.pdf

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1、Ju*1U电力电子技术Vo1．50，No．102016年1O月PowerElectronicsOctober2016悬浮式电容空间用三电平直流变换器拓扑研究尹靖元，韩继文，霍群海，韦统振’(1．中国科学院电工研究所，北京100190；2．北京精密机电控制设备研究所，北京100076)摘要：提出一种基于悬浮式电容空间用三电平直流变换器的拓扑，通过增加开关器件和电容箝位功能，降低了开关器件电压应力，有利于变换器工作在更高电压等级。同时给出DC／DC变换器升压和降压工作原理，实现了能量双向流动，并在此基础上完成了悬浮电容电压平衡控制策略。保证了输出

2、电压稳定工作的同时箝位电容电压维持不变。最后搭建了悬浮电容DC／DC变换器实验平台，验证了拓扑的正确性和控制策略的有效性。关键词：直流变换器；悬浮电容：三电平中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1000—100X(2016)10—0029—03ResearchontheTopologyofThree-levelDCConverterBasedonFlying-capacitorinSpacecraftYINJing—yuan，HANJi—wen，HUOQun-hai，WEITong—zhen(1．TheInstituteofElect

3、ricalEngineeringChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)Abstract：Thetopologyofthree—leveldirectcurrentconverterbasedonflying—capacitorinspacecraftispresented．Acc—ordingtoincreasingtheswitchquantityandthecapacitorclamped，theswitchvoltagestressisreducedtothebenefitofprom

4、otingthedirectcurrentconvertervoltageclass．Withtheexplainingoftheboostandbuckworkingprinciple，directcurrentconverterrealizesthebidirectionalenergyflow．Thestrategyofflying-capacitorvoltagebalanceisalsodonetomakesurethestabilityofoutputdirectcurrentvoltageandtheclampedcapacit

5、orvoltage．Finally，theexperi-mentalplatformofflying-capacitordirectcurrentconverterisbuilttoverifytheefectivenessofthetopology．Keywords：directcurrentconverter；flying—capacitor；three-level1引言站用三电平直流斩波电路拓扑．使其具有低电子开关应力，高电压转换比例，控制方式简单，功率随着太阳能电站【l_】进一步发展，其功率等级密度高，开关电流小等特点。势必需要进一步

6、提高。目前中国空间技术研究院已提出在2030年建立功率20MW的空间电站。而空2悬浮式电容三电平拓扑结构间电站发射成本一直处于较高水平。减小空间电所提悬浮式电容三电平DC／DC变换器结构站质量可很大程度减少发射成本。能量转化装置是基于双向Super．Boost进行改进．对于传统Super．和传输线缆质量占据空间电站总质量很大一部Boost结构．开关器件承受升压后的直流母线电分．减少其质量对减少空间电站成本起关键作用【。压，当应用在中高压场合且升压变比较高时，对开DC／DC变换器是空间电站能量转化装置的重关器件电压应力提出较高要求。为降低单独开

7、关要组成部分，随着功率等级提升，其必然向着中压器件的电压应力．采用图1所示悬浮式电容三电平方向发展．以降低线路传输质量并提升发电效率，结构，为储能蓄电池电压，眦为负载直流母然而较高的母线电压使电子开关、储能装置成本线电压，此时电容G承受电压和负载电压(即大幅度增长[41。引入三电平技术，通过开关器件串悬浮电容电压)相同，但通过增加，并控制联和对储能电容的有效均压．降低电子开关应力，Um=U∞／2，使得开关器件V～V所承受电压应力有利于进一步提升DC／DC变换器输出电压等级，为％，即高压侧电容电压的一半，可有效实现空间电站的高效电能转换。提升整

8、体DC／DC变换器电压工作等级。同时该拓为克服现有技术不足，这里提出一种空间电扑具备能量双向流动能力．既可实现储能电池对定稿日期：2016—03—18负载放电，又可