[实用新型]一种适用于高压大容量直流电网的DC/DC变压器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种变压器，具体涉及一种适用于高压大容量直流电网的DC/DC变压器。

背景技术

目前大容量高压直流输电(简称HVDC)技术已经十分成熟，大量的HVDC工程已经投运，这些直流工程有可能未来是直流电网(网状直流系统)或者多端直流系统(具有3个及以上输入和输出端的直流系统)的一部分。未来直流电网针对不同的输电和配电需求会有不同的直流电压等级，但是适用于HVDC的大容量DC/DC变压器目前还处于研究阶段，尚无可用的产品。

目前适用于低压小功率的DC/DC变压器主要有两种实现方法，(1)直流直接变直流，例如通过直流斩波电路实现直流电压变换，(2)先将直流变换为交流，再将交流变为直流。两种实现方式都不依赖于交流系统。

(1)直流斩波变压器工作原理

直流斩波电路原理如图1所示，假设电路输出端的滤波电容器足够大，以保证输出电压恒定，电感L的值也很大。

1)当控制开关VT导通时，电源E向串联在回路中的电感L充电储能，电感电压U_L左正右负；而负载电压U_o上正下负，此时在电阻R于电感L之间的续流二极管VD被反偏，VD截止。由于电感L的恒流作用，此充电电流基本为恒定值I₁。另外，VD截止时C向负载R放电，由于正常工作C已经被充电，且C容量很大，所以负载电压基本保持为一恒定值。假设VT的导通时间为t_on，则此阶段电感L上的储能可以表示为E*I₁*t_on；

2)在控制开关VT关断时，储能电感L两端电势极性变成左负右正，续流二极管VD转为正偏，储能电感L与电源E叠加共同向电容C充电，向负载R提供能量。如果VT的关断时间为t_off，则此段时间内电感L释放的能量可以表示为((U_o-E)*I₁*t_off。

一个周期内电感L储存的能量与释放的能量相等：

EI₁t_on＝(U_o-E)I₁t_off

即

Uo=ton+tofftoffE=TtoffE]]>

其中T＝t_on+t_off为一个周期时间。通过控制t_off即可实现直流电压的变换。

(2)直流-交流-直流变压器工作原理

该类型直流变压器工作原理是先将直流电变为交流电，然后再将交流电变为直流电。首先将直流电通过逆变器变成交流电，该交流电通过交流变压器的变压和隔离后在整流站重新变换成直流电，通过调节整流站和逆变站触发脉冲来控制输出直流电压大小。理论上该电路设计可以实现大容量的高压直流电压变换。

基于斩波方式的DC/DC变压器一般用于低电压小容量系统中，不适用于高压大容量直流输电，更没有适用于直流电网电压变换需求的相关设计或产品。

基于直流-交流-直流的直流变压方式相当于同时建设了整流站和逆变站，而且需要引入大量的交流变压器，建设成本高，并且目前没有适用于高压大容量直流电网的相关设计或产品。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种适用于高压大容量直流电网的DC/DC变压器，采用单阀组结构，可以应用于未来直流电网和多电压等级多端直流系统的直流电压变换需求。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：