[发明专利]一种直流变压子单元及包括直流变压子单元的直流变压器

说明书

本发明提供一种直流变压子单元及包括直流变压子单元的直流变压器，直流变压子单元包括故障隔离电压均衡模块和DC/DC换流器；故障隔离电压均衡模块的高压侧连接高压直流母线，DC/DC换流器的低压侧连接低压直流母线，质量和占地面积均较小，且成本低；直流变压子单元的直流变压器包括多个直流变压子单元；多个直流变压子单元的高压侧采用串联方式，满足耐压等级要求，多个直流变压子单元的低压侧采用并联方式，满足大功率要求，大大减少了直流变压子单元的层数，减小了占地面积，且节省了成本，能够满足单向功率流动和双向功率流动的不同应用场景，且能够实现高压侧故障的自动隔离和穿越。

技术领域

本发明涉及直流输配电技术领域，具体涉及一种直流变压子单元及包括直流变压子单元的直流变压器。

背景技术

在交流电网中，电压变换及能量传递仅通过工频变压器即可实现。但直流电网必须依靠电力电子设备实现不同电网之间的电压匹配和能量交互。

直流变压器的拓扑结构主要有MMC型拓扑、超高压器件型拓扑和ISOP型拓扑。其中ISOP型拓扑应用最为广泛，ISOP型拓扑通过多个高频变压器实现不同电网间的电气隔离及电压匹配。中压侧串联结构解决了功率半导体器件耐压低与电网高电压之间的矛盾，而输出侧并联在低压直流母线上，实现大电流输出。

在直流变压器中每层DC/DC子单元可采用双有源桥式电路(Dual Active BridgeConverter，DAB)式结构、CLLC型结构、LLC型结构等。ISOP拓扑结构的DC/DC子单元不能实现高压侧故障隔离，通常在DC/DC模块高压侧增加SC模块实现高压侧故障隔离，但是直流变压器级联层数多，质量和占地面积均比较大，且成本高。

发明内容

为了克服上述现有技术中直流变压器质量和占地面积均比较大以及成本高的不足，本发明提供一种直流变压子单元及包括直流变压子单元的直流变压器，直流变压子单元包括串联的故障隔离电压均衡模块和DC/DC换流器；故障隔离电压均衡模块的高压侧连接高压直流母线，DC/DC换流器的低压侧连接低压直流母线；所述故障隔离电压均衡模块用于隔离来自于高压直流母线/低压直流母线的故障，并实现电压均衡，质量和占地面积均较小，且成本低。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种直流变压子单元，包括串联的故障隔离电压均衡模块和DC/DC换流器；

所述故障隔离电压均衡模块的高压侧连接高压直流母线，所述DC/DC换流器的低压侧连接低压直流母线；

所述故障隔离电压均衡模块用于隔离来自于高压直流母线/低压直流母线的故障，并实现电压均衡。

所述故障隔离电压均衡模块包括旁路开关K、第一IGBT模块、第二IGBT模块、电压均衡支路和直流支撑电容支路；

所述旁路开关K、电压均衡支路和直流支撑电容支路均连接到正极高压直流母线和负极高压直流母线之间，所述第一IGBT模块串联在正极高压直流母线上，且位于旁路开关K与电压均衡支路之间，所述第二IGBT模块串联在负极高压直流母线上，且位于旁路开关K与电压均衡支路之间。

所述电压均衡支路包括IGBT支路和LC支路；

所述IGBT支路包括多个首尾相连的IGBT模块，每个IGBT模块包括两个首尾相连的上IGBT和下IGBT；

所述LC支路包括比IGBT模块少一个的LC谐振模块，多个LC谐振模块串联，且每个LC谐振模块包括谐振电感和与谐振电感串联的谐振电容；

每个LC谐振模块的两端分别与相邻两个IGBT模块的中间引出点连接。

所述直流支撑电容支路包括与IGBT模块个数相同的直流支撑电容；