[发明专利]一种直流电压变换装置及其控制方法

说明书

本发明公开一种直流电压变换装置及其制方法。所述直流电压变换装置由高压端出口限流电抗器和n个低压直流变换单元构成，其中n为任意正整数。n个低压直流变换单元的高压端串联连接后再与限流电抗器串联连接，低压端并联连接。所述低压直流变换单元由半桥模块、隔离型DC/DC变换模块和斩波电路模块三级组成。本发明还提供了相应的故障限流控制方法，实现了直流电压变换装置高、低压短路故障穿越功能。

技术领域

本发明属于电力直流输配电技术领域，涉及一种直流电压变换装置及其控制方法。

背景技术

随着直流配电的应用，需要研究具有和交流变压器类似性能的直流变压设备，在实现直流电压变换的同时，深入研究直流变换装置在系统短路故障下的故障穿越能力，使设备具备短路故障清除后，快速恢复重启的能力具有重要研究意义。

在直流配电网应用领域，基于模块化输入串联输出并联拓扑结构的直流变压器获得了广泛研究，但该拓扑直流变压器在直流配网中应用目前还面临如下问题：(1)系统高压端发生短路故障时，高压侧串联模块电容器将直接短路放电，短路电流上升速度极快，半导体器件亦会发生严重过流，对电容及半导体器件危害较大，同时因为模块电容短路放电，从电容取电的电源板卡将欠压闭锁输出，导致直流变压器故障停机，无法实现故障穿越功能，此外由于此短路电流峰值极大，但是持续时间极短，高压电网的继电保护装置无法利用此故障电流特征进行故障定位，从而无法进行故障清除；(2)变换装置低压端出现短路故障时，低压侧并联模块电容器将直接短路放电，短路电流上升速度极快，半导体器件亦会发生严重过流，对电容及半导体器件危害较大，同时因为模块电容短路放电，从电容取电的电源板卡将欠压闭锁输出，导致直流变压器故障停机，无法实现故障穿越功能，此外由于此短路电流峰值极大，但是持续时间极短，低压电网的继电保护装置无法利用此故障电流特征进行故障定位，从而无法进行故障清除。

申请号为CN201510097371.0，发明名称为《一种开关电容接入的高频链双向直流变压器及其控制方法》的专利，涉及一种通过在直流变换单元的前级增加一级半桥变换器实现冗余设计的方法，该专利在高压直流侧或低压直流侧发生短路故障时，可将电容从故障点切除，电容电压得到保持。但是该方法出现短路故障时需将所有开关管均关断，向短路故障点注入短路电流为零，此方法的缺点是：直流电网中的继电保护装置将无法获得故障定位所需的故障电流，无法将故障点进行切除，所以导致直流电压变换装置和直流配电网跳闸停运，系统无故障穿越能力，制约了直流配电网的大规模工程应用。

发明内容

本发明的目的是为解决上述的技术问题，提供一种直流电压变换装置及其控制方法，使其内部子单元具备短路故障电流限制及故障清除后系统快速恢复的能力，实现了直流配电网系统的故障穿越。

为了达成上述目的，本发明的技术方案是：

一种直流电压变换装置由高压端出口限流电抗器L1和n个低压直流变换单元构成，其中n为任意正整数；所述n个低压直流变换单元的输入端串联连接后再与限流电抗器L1串联连接作为直流电压变换装置的高压端，所述n个低压直流变换单元的输出端并联连接作为直流电压变换装置的低压端。

所述的低压直流变换单元由半桥模块、隔离型DC/DC变换模块、斩波电路模块三级组成。所述半桥模块输入端为低压直流变换单元的输入端，半桥模块输出端与隔离型DC/DC变换模块的输入端连接，隔离型DC/DC变换模块的输出端与斩波电路模块输入端连接，斩波电路模块输出端为低压直流变换单元的输出端。

所述半桥模块由两个含反并联二极管的全控型开关管组成，上下两个开关管串联构成半桥模块，半桥模块的下管两端为半桥模块的输入端，上下两个开关管管串联构成半桥模块的输出端。