在移动设备中，超级电容器通常与蓄电池共同使用提高效率，延长使用寿命，提供恒定功率。通过组合，可充分发挥超级电容器的高功率密度和蓄电池的高能量密度的优势。
摘 要：本文介绍了多电平拓扑结构在超级电容接口与DC总线连接的再生制动应用，并详细分析了模块化多电平变换器的结构特性和工作原理。结果表明，模块化多电平DC-DC变换器在移相调制中能够降低电压，提高频率。
关键词：电力论文发表网,多电平,超级电容器,直流变换器
一、绪论
超级电容器与蓄电池的并联方式一般可概括为直接并联，通过电感器并联和通过功率变换器并联。通过功率变换器并联结构可以实现对能量的控制，在工 作过程中，由超级电容器组向脉动负载提供瞬时功率，而蓄电池通过功率变换器以恒流输出方式工作。超级电容器的电介质耐压很低，制成的电容器一般耐压仅有几 伏。为了满足牵引设备中高电压需求，需要将大量超级电容和蓄电池单体串联。为了转换高低电压，使用级联多电平变换器。
二、级联式模块化多电平变换器
再生装置通过双向DC-DC变换器将能量储存在超级电容器中。本文所提及的变换器都是基于图1(a)所示的半桥拓扑结构。
(a) (b)
图1 半桥拓扑结构和典型电流纹波
1.半桥变换器
图1(a)为半桥变换器的拓扑结构。它由两个晶闸管配对二极管并联组成。变换器两端电压U1和U2由电感L连接。半桥变换器的电压不可变，但是电流是双向的。
当变换器工作在连续导通状态时，两端的电压和电流关系如下
(3)
图1(b)为电压为U1时的电流波纹。
当超级电容器接在高压侧时，变换器工作在降压模式，将超级电容器电压降低到与直流总线相同;当接在低压侧时，工作在升压模式，将超级电容器电压 提升至总线电压。级联模块化多电平DC-DC变换器由多个小的变换器模块或单元组成，输入输出电压、电流和开关频率有多个级别。基于这样的拓扑结构，不会 出现超级电容过热的现象。
2.模块化多电平DC-DC变换器(MMC)
模块化多电平DC-DC变换器结构如图2。变换器由多个半桥结构串联。整个变换器只有一个电感。由于MMC结构的模块化，该结构主要用在高压直流系统。
图2 三模块MMC直流变换器结构
笔者使用的模块化多电平DC-DC变换器中，超级电容器接在高压侧，输出电压U2由每个半桥结构的输出电压UAN累加而得。每个半桥结构的电压 等级为USCN=USC/N。这种变换器有很多种控制策略。[3]本文中，使用移相控制法。这种控制方法是三角PWM波作为载波，每个半桥向后移相 3600/N.电感中的频率为半桥开关频率的N倍,
电感两端电压仅为USCN.
由于这是降压模式的变换器，当超级电容器完全充电时，USCN=2UDC/N。因此，电感值为
(4)
可知，电感值取决于串联的半桥个数和结构。
三、结语
模块化多电平变换器(MMC)可以降低超级电容器组端电压，由于其多电平结构，有效解决了高电压与开关器件功率限制之间的矛盾，还可以看出由于 多模块化的设计，使得电感中频率变为原来的N倍，这样储能电感的体积和重量要比相同功率等级下单个半桥式双向变换器低体积和重量小得多。
随着新能源新技术的发展，这种结构不但能够实现对储能装置的能量管理，还可以通过一定的控制策略达到平衡储能装置电压等作用，具有很高的应用价值。
参考文献：
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