[发明专利]配网级高频隔离型柔性直流换流器

说明书

本发明公开的配网级高频隔离型柔性直流换流器，由3n或6n个高频隔离型基本功率单元相互连接而成，所述高频隔离型基本功率单元包括依次连接的非隔离型DC/DC变换器、隔离型DC/DC变换器和非隔离型DC/AC变换器；所述非隔离型DC/DC变换器的输入端作为高频隔离型基本功率单元的直流输入端，所述非隔离型DC/DC变换器的输出端与隔离型DC/DC变换器的输入端相连接，所述隔离型DC/DC变换器的输出端与非隔离型DC/AC变换器的输入端相连接，所述非隔离型DC/AC变换器的输出端作为高频隔离型基本功率单元的交流输出端；本发明实现了中压直流电能到中压交流电能的双向传输、电气隔离、波形控制等功能，同时采用模块化串并联设计，便于扩展，能够满足中压、中小容量电能变换的需求。

技术领域

本发明属于配网级柔性直流输配电技术领域，涉及配网级高频隔离型柔性直流换流器。

背景技术

柔性直流输配电技术是一种比较新型的直流输配电技术，是构建智能电网的重要装备。与传统方式相比，柔性直流输配电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。

基于电压源换流器(VSC,Voltage Source Converter)和脉宽调制(PWM,PulseWidth Modulation)技术的电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC,Voltage SourceConverter High-Voltage Direct Current)技术是柔性直流输电在发展中具有代表性的关键技术之一。其中，以模块化多电平换流器(MMC,Modular Multilevel Converter)为核心的电压源换流器型高压直流输电技术，具有扩展性好、谐波小、开关频率低、对器件一致触发要求少等优点，因而得到了越来越多的关注和研究。但是，传统的柔直输配电技术需要工频变压器完成升降压、电气隔离等功能，成本高，占地面积大，电能变换形式单一，接口匹配性差，在配网领域应用较少。

固态变压器采用高频变换、隔离技术及模块化串并联技术，具有成本低、占地少、效率高、可控性高、智能化程度高等特点，能完成自检测、自诊断、自保护、自恢复等多种功能。此外，固态变压器方便与分布式发电技术、储能技术等配合，在智能电网、能源互联网等领域具有巨大的前景和发展空间。如何将固态变压器技术应用于柔性直流输配电领域也是一个亟待考虑的问题。

发明内容

本发明提出了配网级高频隔离型柔性直流换流器，实现了将模块化设计的固态变压器应用到配网级柔性直流输配电领域，并且功率等级和电压等级可以方便扩展，满足各种中压、中小容量的发电、配电、输电要求。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案是：

配网级高频隔离型柔性直流换流器，由3n或6n个高频隔离型基本功率单元相互连接而成，n为大于等于2的正整数，所述高频隔离型基本功率单元包括依次连接的非隔离型DC/DC变换器、隔离型DC/DC变换器和非隔离型DC/AC变换器；

所述非隔离型DC/DC变换器的输入端作为高频隔离型基本功率单元的直流输入端，所述非隔离型DC/DC变换器的输出端与隔离型DC/DC变换器的输入端相连接，所述隔离型DC/DC变换器的输出端与非隔离型DC/AC变换器的输入端相连接，所述非隔离型DC/AC变换器的输出端作为高频隔离型基本功率单元的交流输出端。

进一步，所述非隔离型DC/DC变换器采用二电平单相半桥拓扑、二电平单相全桥拓扑、三电平单相半桥拓扑或三电平单相全桥拓扑中的一种拓扑结构，采用IGBT或MOSFET功率器件及相应的反并联二极管，同时包含相应的直流滤波电容，均以桥式电路的直流侧作为所述非隔离型DC/DC变换器的输出端，以另一侧作为所述非隔离型DC/DC变换器的输入端。