[发明专利]高压DC-DC变换器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压直流输电领域（百kV以上的直流电压）的一种高压DC-DC变换器及其控制方法。

背景技术

百kV以上的高压直流(High Voltage Direct Current，HVDC)技术通常应用于从远距离的发电厂向用电设备传输大功率电能，输电线路可以是架空线路或海底电缆。当传统的交流联网方案不可行时，HVDC技术也可以用于连接两个独立的电网。一般HVDC输电系统比交流输电系统有更低的成本和更高的效率。但是，由于HVDC输电系统可能由不同的区域性高压直流电网构成，而这些不同的高压直流电网的电压等级也可能存在差异，但是由于输电系统又需要将其互联，例如，南方电网公司的南澳柔性直流输电工程的高压直流电压为±160kV，而国家电网公司的舟山柔性直流输电工程的高压直流电压则为±200kV。此时，就需要通过高压DC-DC变换器将不同电压等级的高压直流电网互联，以实现高压直流电网的功率交换和潮流控制。

现有的高压DC-DC变换器电路拓扑方案中，一般均是将低压DC-DC变换器的输入侧直流电容直接串联连接到高压直流侧。例如，美国专利US8345457、欧洲专利EP1184963A2、中国专利CN201830144U、中国专利CN102185480A、中国专利CN102522897A等在高压直流侧都是采用了这种方案。但是，高压DC-DC变换器已有的这些方案无法在输入和输出侧同时承受高压直流输电系统中上百kV的高电压。另外，这些方案中，当某一台低压DC-DC变换器出现故障或损坏时，若将其高压输入侧的直流电容旁路则会将此电容短路，会直接损坏此电容；同时，由于共有N台DC-DC变换器的高压侧直流电容直接串联，若一台DC-DC变换器的高压侧直流电容被旁路，则承受高压直流电压的电容数量会减少为N-1个，也就说，其余未发生故障的电容承受的直流电压会升高为原来的N/(N-1)，这会影响直流电容的安全运行；并且，由于每一台低压DC-DC变换器的输入电压发生变化，整个高压DC-DC变换器的输出电压也会直接受到影响。因此，现有专利中的高压DC-DC变换器方案一旦其中的部分电路发生故障将会对整个DC-DC变换器的输入、输出特性产生影响，甚至造成损坏，导致系统停止运行，难以实现主电路的高可靠性运行。

发明内容

本发明的目的是克服现有百kV以上的高压直流（HVDC）输电系统高压DC-DC变换器难以实现输入侧和输出侧同时承受上百kV高压直流的缺点，提高变换器在内部电路部分故障时系统的可靠性，提出一种适用于高压直流输电系统的DC-DC变换器及其控制方法。本发明不仅可以同时承受输入侧和输出侧上百kV的高压直流电压，也可以实现内部电容电压的均衡；同时，在该变换器内部的部分电路出现损坏或故障时，可以将其与其余电路隔离开，且不影响整个DC-DC变换器的正常工作，可以提高变换器运行的可靠性。

本发明高压直流输电系统用DC-DC变换器由N台低压直流链节单元构成，N为任意正整数。其特征在于，所述的低压直流链节单元的输入侧第一连接端子和第二连接端子之间并联有第一机械式旁路开关；所述的低压直流链节单元的输出侧第三连接端子和第四连接端子之间串联有第二机械式旁路开关；第1台低压直流链节单元输入侧的第一连接端子与第一高压直流电压源的正极连接在一起；第1台低压直流链节单元输出侧的第三连接端子与第二高压直流电压源的正极连接在一起；第N台低压直流链节单元输入侧的第二连接端子与第一高压直流电压源的负极连接在一起；第N台低压直流链节单元输出侧的第四连接端子与第二高压直流电压源的负极连接在一起；第m台低压直流链节单元输入侧第二连接端子与第m+1台低压直流链节单元输入侧第一连接端子连接在一起，m为任意正整数，1<m<N；第n台低压直流链节单元输出侧第四连接端子与第n+1台低压直流链节单元输出侧第三连接端子连接在一起，n为任意正整数，1<n<N。