[发明专利]一种高压大容量直流变压器

说明书

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及到固态变压器，尤其涉及适用于大容量高压直流输电(简称HVDC)的高压大容量直流变压器。

背景技术

为了实现直流配电网高、中压直流配电母线与低压直流微电网母线或各种不同直流电压等级的负荷、储能系统和分布式发电的连接，直流变压器得到广泛的研究。

对于大容量高压直流输电(简称HVDC)输电系统，由于是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，因此需要通过高压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。但是现有高压DC-DC变换器在能量传输中，由于直流母线电压存在波动，使得两端直流电压与变压器不匹配，导致较大的环流，进而出现很大的电流应力，使得高压DC-DC变换器效率降低。另外，在直流母线发生故障或高压DC-DC变换器内部子单元发生故障时将会对整个高压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，可靠性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种适用于大容量高压直流输电的高压大容量直流变压器，通过使变压器两端直流电压与变压器变比始终匹配，并保证故障旁路，能够有效提高高压大容量直流变压器的效率和可靠性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高压大容量直流变压器，包括n个相同的输入端串联输出端串联的模块化DC-DC单元，其中n为任意正整数；DC-DC单元包括依次连接的输入侧接口电路、输入侧电容、直流变换器单元、输出侧电容和输出侧接口电路；输入侧接口电路和输出侧接口电路分别通过控制开关管导通状态调节输入侧电容和输出侧电容的直流电压始终与直流变换器单元中的变压器变比匹配。

进一步的，输入侧接口电路和输入侧电容间串接有输入侧限制电路，输出侧接口电路和输出侧电容间串接有输出侧限制电路，输入侧限制电路和输出侧限制电路分别用于限制输入侧接口电路和输出侧接口电路开关管开通和关断过程中电压和电流的上升率。

进一步的，输入侧限制电路和输入侧限制电路均包括缓冲电容和缓冲电抗，缓冲电容通过二极管连接至缓冲电抗的对应侧接口电路连接侧；缓冲电容的正极还通过缓冲电阻连接至缓冲电抗的对应侧电容正极连接侧；缓冲电容的负极与对应侧电容负极连接。

进一步的，输入侧接口电路和输出侧接口电路均包括相互串联的第一开关管和第二开关管，输入侧接口电路和输出侧接口电路分别通过轮流导通的第一开关管和第二开关管，在输入侧和输出侧分别输出占空比为D的脉冲电压。

进一步的，第一开关管集电极与对应侧电容正极相连，第二开关管发射极与对应侧电容负极相连，第一开关管、第二开关管分别反向并联有二极管。

进一步的，n个相同的输入端串联输出端串联的模块化DC-DC单元中，第一DC-DC单元的第一连接端子通过相互串联的直流电抗、第一开关器件、第二开关器件与输入侧高压源的正极相连；第一DC-DC单元的第三连接端子通过相互串联的直流电抗、第一开关器件、第二开关器件与输出侧高压源的正极相连；第二开关器件并联有缓启动电阻，第二开关器件通过开关开闭控制缓启动电阻接入电路。

进一步的，n个相同的输入端串联输出端串联的模块化DC-DC单元中，第m+1台DC-DC单元的第一连接端子、第三连接端子分别与第m台DC-DC单元的第二连接端子、第四连接端子相连，1≤m<n；第n台DC-DC单元的第二连接端子与输入高压源的负极相连，第四连接端子T₄与输出高压源的负极相连

进一步的，直流变换器单元包括依次连接的输入电路、隔离变压器和输出电路，所述输入全桥电路和输出全桥电路均采用开关器件反向并联二极管的开关结构作为桥臂的H全桥结构或半桥结构。

进一步的，n个相同的输入端串联输出端串联的模块化DC-DC单元中，相邻DC-DC单元在同一侧端口输出的脉冲电压之间具有120度的移相角。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的高压大容量直流变压器接口电路中的开关管均工作在PWM状态，能够实现输入侧电容和输出侧电容直流电压的调节，使得输入侧电容和输出侧电容的直流电压始终与直流变换器单元隔离变压器变比匹配，从而具有最高的效率。

(2)相邻DC-DC单元在同一侧端口输出的脉冲电压之间具有120度的移相角，从而使得输入或输出串联端输出电压的开关频率是每个输入接口单元输出电压的n倍，从而可以减小输入HVDC端口的电流纹波。