高壓dc-dc變換器及控制方法
【專利摘要】一種高壓DC-DC變換器，由N臺低壓直流鏈節(jié)單元構(gòu)成。每臺低壓直流鏈節(jié)單元輸入側(cè)包含第一機械式旁路開關(guān)（K1），輸出側(cè)包含第二機械式旁路開關(guān)（K2），中間為一低壓DC-DC變換器。正常工作時，控制系統(tǒng)使R臺低壓直流鏈節(jié)單元處于冗余狀態(tài)，其余N-R臺低壓直流鏈節(jié)單元處于正常工作狀態(tài)，0<R<N；當(dāng)內(nèi)部任一臺低壓直流鏈節(jié)單元出現(xiàn)故障時，其輸入側(cè)第一機械式旁路開關(guān)（K1）和輸出側(cè)第二機械式旁路開關(guān)（K2）同時閉合；無論內(nèi)部電路是否出現(xiàn)故障，任意時刻輸入側(cè)和輸出側(cè)均只有N-R臺低壓直流鏈節(jié)單元承受高壓直流電壓，因此某部分電路被旁路時不影響輸入、輸出電壓。另外，所有機械式旁路開關(guān)（K1、K2）只需承受低壓直流電壓。
【專利說明】高壓DC-DC變換器及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓直流輸電領(lǐng)域(百kV以上的直流電壓)的一種高壓DC-DC變換器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]百kV以上的高壓直流(High Voltage Direct Current,HVDC)技術(shù)通常應(yīng)用于從遠距離的發(fā)電廠向用電設(shè)備傳輸大功率電能，輸電線路可以是架空線路或海底電纜。當(dāng)傳統(tǒng)的交流聯(lián)網(wǎng)方案不可行時，HVDC技術(shù)也可以用于連接兩個獨立的電網(wǎng)。一般HVDC輸電系統(tǒng)比交流輸電系統(tǒng)有更低的成本和更高的效率。但是，由于HVDC輸電系統(tǒng)可能由不同的區(qū)域性高壓直流電網(wǎng)構(gòu)成，而這些不同的高壓直流電網(wǎng)的電壓等級也可能存在差異，但是由于輸電系統(tǒng)又需要將其互聯(lián)，例如，南方電網(wǎng)公司的南澳柔性直流輸電工程的高壓直流電壓為±160kV，而國家電網(wǎng)公司的舟山柔性直流輸電工程的高壓直流電壓則為±200kV。此時，就需要通過高壓DC-DC變換器將不同電壓等級的高壓直流電網(wǎng)互聯(lián)，以實現(xiàn)高壓直流電網(wǎng)的功率交換和潮流控制。
[0003]現(xiàn)有的高壓DC-DC變換器電路拓撲方案中，一般均是將低壓DC-DC變換器的輸入側(cè)直流電容直接串聯(lián)連接到高壓直流側(cè)。例如，美國專利US8345457、歐洲專利EP1184963A2、中國專利 CN201830144U、中國專利 CN102185480A、中國專利 CN102522897A等在高壓直流側(cè)都是采用了這種方案。但是，高壓DC-DC變換器已有的這些方案無法在輸入和輸出側(cè)同時承受高壓直流輸電系統(tǒng)中上百kV的高電壓。另外，這些方案中，當(dāng)某一臺低壓DC-DC變換器出現(xiàn)故障或損壞時，若將其高壓輸入側(cè)的直流電容旁路則會將此電容短路，會直接損壞此電容；同時，由于共有N臺DC-DC變換器的高壓側(cè)直流電容直接串聯(lián)，若一臺DC-DC變換器的高壓側(cè)直流電容被旁路，則承受高壓直流電壓的電容數(shù)量會減少為N-1個，也就說，其余未發(fā)生故障的電容承受的直流電壓會升高為原來的N/(N-1)，這會影響直流電容的安全運行；并且，由于每一臺低壓DC-DC變換器的輸入電壓發(fā)生變化，整個高壓DC-DC變換器的輸出電壓也會直接受到影響。因此，現(xiàn)有專利中的高壓DC-DC變換器方案一旦其中的部分電路發(fā)生故障將會對整個DC-DC變換器的輸入、輸出特性產(chǎn)生影響，甚至造成損壞，導(dǎo)致系統(tǒng)停止運行，難以實現(xiàn)主電路的高可靠性運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有百kV以上的高壓直流(HVDC)輸電系統(tǒng)高壓DC-DC變換器難以實現(xiàn)輸入側(cè)和輸出側(cè)同時承受上百kV高壓直流的缺點，提高變換器在內(nèi)部電路部分故障時系統(tǒng)的可靠性，提出一種適用于高壓直流輸電系統(tǒng)的DC-DC變換器及其控制方法。本發(fā)明不僅可以同時承受輸入側(cè)和輸出側(cè)上百kV的高壓直流電壓，也可以實現(xiàn)內(nèi)部電容電壓的均衡；同時，在該變換器內(nèi)部的部分電路出現(xiàn)損壞或故障時，可以將其與其余電路隔離開，且不影響整個DC-DC變換器的正常工作，可以提高變換器運行的可靠性。
[0005]本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器由N臺低壓直流鏈節(jié)單元構(gòu)成，N為任意正整數(shù)。其特征在于，所述的低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)第一連接端子和第二連接端子之間并聯(lián)有第一機械式旁路開關(guān)；所述的低壓直流鏈節(jié)單元的輸出側(cè)第三連接端子和第四連接端子之間串聯(lián)有第二機械式旁路開關(guān)；第I臺低壓直流鏈節(jié)單元輸入側(cè)的第一連接端子與第一高壓直流電壓源的正極連接在一起；第I臺低壓直流鏈節(jié)單元輸出側(cè)的第三連接端子與第二高壓直流電壓源的正極連接在一起；第N臺低壓直流鏈節(jié)單元輸入側(cè)的第二連接端子與第一高壓直流電壓源的負極連接在一起；第N臺低壓直流鏈節(jié)單元輸出側(cè)的第四連接端子與第二高壓直流電壓源的負極連接在一起；第m臺低壓直流鏈節(jié)單元輸入側(cè)第二連接端子與第m+Ι臺低壓直流鏈節(jié)單元輸入側(cè)第一連接端子連接在一起，m為任意正整數(shù)，l<m<N ;第η臺低壓直流鏈節(jié)單元輸出側(cè)第四連接端子與第η+1臺低壓直流鏈節(jié)單元輸出側(cè)第三連接端子連接在一起，η為任意正整數(shù)，1〈η〈Ν。
[0006]本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器的特征在于其低壓直流鏈節(jié)單元由機械式旁路開關(guān)、半導(dǎo)體開關(guān)、電容器及低壓DC-DC變換器構(gòu)成；所述的低壓DC-DC變換器為功率可雙向流動的隔離型或非隔離型低壓DC-DC變換器；第一機械式旁路開關(guān)與第二半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)；第二機械式旁路開關(guān)與第三半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)；第一半導(dǎo)體開關(guān)與第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接，即第一半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與第二半導(dǎo)體開關(guān)的集電極連接在第一連接端子；第三半導(dǎo)體開關(guān)與第四半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接，即第三半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與第四半導(dǎo)體開關(guān)的集電極連接在第四連接端子；第一半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第一電容器的正極連接在低壓DC-DC變換器的輸入側(cè)正極連接點；第二半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與第一電容器的負極連接在低壓DC-DC變換器輸入側(cè)負極連接點；第三半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第二電容器的正極連接在低壓DC-DC變換器輸出側(cè)正極連接點；第四半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與第二電容器的負極連接在低壓DC-DC變換器輸出側(cè)負極連接點；低壓DC-DC變換器輸入側(cè)負極連接點與第二連接端子連接在一起；低壓DC-DC變換器輸出側(cè)正極連接點與第三連接端子連接在一起。
[0007]對本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器的控制通過高壓直流變壓器的控制系統(tǒng)實現(xiàn)，具體方法如下:
[0008]所述的控制方法使N臺低壓直流鏈節(jié)單元中的R臺為冗余工作狀態(tài)，且0〈R〈N ;正常情況下，即N臺低壓直流鏈節(jié)單元均無故障的情況下，N臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)第一機械式旁路開關(guān)和輸出側(cè)的第二機械式旁路開關(guān)均處于開路狀態(tài)；在任意一個控制周期內(nèi)，只有N-R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)串聯(lián)連接到第一高壓直流電源，且這N-R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸出側(cè)串聯(lián)連接到第二高壓直流電源，即低壓直流鏈節(jié)單元的第一半導(dǎo)體開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)，第二半導(dǎo)體開關(guān)為關(guān)斷狀態(tài)，第三半導(dǎo)體開關(guān)為關(guān)斷狀態(tài)，第四半導(dǎo)體開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)；同時，其余的R臺低壓直流鏈節(jié)單元第一半導(dǎo)體開關(guān)為關(guān)斷狀態(tài)，第二半導(dǎo)體開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)，第三半導(dǎo)體開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)，第四半導(dǎo)體開關(guān)為關(guān)斷狀態(tài)，即這R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入和輸出側(cè)均未被串聯(lián)到高壓直流中；由于每臺低壓直流鏈節(jié)單元中的低壓DC-DC變換器的功率可以雙向流動且開關(guān)頻率較高，其內(nèi)部第一電容器和第二電容器上的電壓始終保持高度一致。考慮低壓DC-DC變換器輸入輸出電壓的變比并折算到輸入或者輸出側(cè)后，兩者幾乎完全相等，因此所述控制方法只需考慮第一電容器的電壓。所述的控制方法在第一高壓直流電壓源正極流出的電流I1X)時，控制系統(tǒng)選擇上述的R臺處于冗余狀態(tài)的低壓直流鏈節(jié)單元為第一電容器電壓最高的R臺；所述的控制方法在第一高壓直流電壓源正極流出的電流ii〈0時，控制系統(tǒng)選擇上述的R臺處于冗余狀態(tài)的低壓直流鏈節(jié)單元為第一電容器電壓最低的R臺，通過這一方法可以實現(xiàn)N臺低壓直流鏈節(jié)單元第一電容器和第二電容器的電壓均衡。
[0009]當(dāng)任意一臺低壓直流鏈節(jié)單元的內(nèi)部出現(xiàn)損壞或故障時，其輸入側(cè)的第一機械式旁路開關(guān)和輸出側(cè)的機械式旁路開關(guān)同時閉合，使得發(fā)生損壞或故障的低壓直流鏈節(jié)單元與其余部分電路的聯(lián)系切斷；該故障的低壓直流鏈節(jié)單元被旁路之后，在任意一個控制周期內(nèi)控制系統(tǒng)仍然令N-R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)串聯(lián)連接到了第一高壓直流電壓源且其輸出側(cè)串聯(lián)連接到了第二高壓直流電壓源，不會影響所述高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器的正常工作。
[0010]另外，本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器中的所有機械式旁路開關(guān)只需要承受低壓直流電壓，避免了機械式高壓直流開關(guān)難以物理實現(xiàn)的困難。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器電路原理圖。
【具體實施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發(fā)明。
[0013]如圖1所示本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器的電路原理圖，本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器由N臺低壓直流鏈節(jié)單元構(gòu)成，N為任意正整數(shù)。其特征在于，所述的低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)第一連接端子T1和第二連接端子T2之間并聯(lián)有第一機械式旁路開關(guān)K1 ;所述的低壓直流鏈節(jié)單元的輸出側(cè)第三連接端子T3和第四連接端子T4之間串聯(lián)有第二機械式旁路開關(guān)K2 ;第I臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)第一連接端子T1與第一高壓直流電壓源I的正極連接在一起；第I臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸出側(cè)第三連接端子T3與第二直流電壓源2的正極連接在一起；第N臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)第二連接端子T2與第一高壓直流電壓源I的負極連接在一起；第N臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸出側(cè)第四連接端子T4與第二高壓直流電壓源2的負極連接在一起；第m臺低壓直流鏈節(jié)單元輸入側(cè)第二連接端子T2與第m+Ι臺低壓直流鏈節(jié)單元輸入側(cè)第一連接端子T1連接在一起,m為任意正整數(shù)，l<m<N ;第η臺低壓直流鏈節(jié)單元輸出側(cè)第四連接端子T4與第η+1臺低壓直流鏈節(jié)單元輸出側(cè)第三連接端子T3連接在一起，η為任意正整數(shù)，1〈η〈Ν。
[0014]本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器中的低壓直流鏈節(jié)單元由機械式旁路開關(guān)KpK2、半導(dǎo)體開關(guān)S1-Sp電容器C1X2及低壓DC-DC變換器構(gòu)成；所述的低壓DC-DC變換器為功率可雙向流動的隔離型或非隔離型低壓DC-DC變換器；第一機械式旁路開關(guān)K1與第二半導(dǎo)體開關(guān)S2并聯(lián)；第二機械式旁路開關(guān)K2與第三半導(dǎo)體開關(guān)S3并聯(lián)；第一半導(dǎo)體開關(guān)S1與第二半導(dǎo)體開關(guān)S2串聯(lián)連接，即第一半導(dǎo)體開關(guān)S1的發(fā)射極與第二半導(dǎo)體開關(guān)S2的集電極連接在第一連接端子T1 ;第三半導(dǎo)體開關(guān)S3與第四半導(dǎo)體開關(guān)S4串聯(lián)連接，即第三半導(dǎo)體開關(guān)S3的發(fā)射極與第四半導(dǎo)體開關(guān)S4的集電極連接在第四連接端子T4;第一半導(dǎo)體開關(guān)S1的集電極與第一電容器C1的正極連接在低壓DC-DC變換器的輸入側(cè)正極連接點P1 ;第二半導(dǎo)體開關(guān)S2的發(fā)射極與第一電容器C1的負極連接在低壓DC-DC變換器輸入側(cè)負極連接點N1 ;第三半導(dǎo)體開關(guān)S3的集電極與第二電容器C2的正極連接在低壓DC-DC變換器輸出側(cè)正極連接點P2 ;第四半導(dǎo)體開關(guān)S4的發(fā)射極與第二電容器C2的負極連接在低壓DC-DC變換器輸出側(cè)負極連接點N2 ;低壓DC-DC變換器輸入側(cè)負極連接點N2與第二連接端子T2連接在一起；低壓DC-DC變換器輸出側(cè)正極連接點P2與第三連接端子T3連接在一起。
[0015]本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器的控制方法如下:
[0016]本發(fā)明通過高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器的控制系統(tǒng)控制所述的高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器，使得N臺低壓直流鏈節(jié)單元中的R臺為冗余工作狀態(tài)，且0〈R〈N ；正常情況下，即N臺低壓直流鏈節(jié)單元均無故障的情況下，N臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)第一機械式旁路開關(guān)K1和輸出側(cè)的第二機械式旁路開關(guān)K2均處于開路狀態(tài)；在任意一個控制周期內(nèi)，只有N-R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)串聯(lián)連接到第一高壓直流電源I，且這N-R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸出側(cè)串聯(lián)連接到第二高壓直流電源2，即低壓直流鏈節(jié)單元的第一半導(dǎo)體開關(guān)S1為導(dǎo)通狀態(tài)，第二半導(dǎo)體開關(guān)S2為關(guān)斷狀態(tài)，第三半導(dǎo)體開關(guān)S3為關(guān)斷狀態(tài)，第四半導(dǎo)體開關(guān)S4為導(dǎo)通狀態(tài)；同時，其余的R臺低壓直流鏈節(jié)單元第一半導(dǎo)體開關(guān)S1為關(guān)斷狀態(tài)，第二半導(dǎo)體開關(guān)S2為導(dǎo)通狀態(tài)，第三半導(dǎo)體開關(guān)S3為導(dǎo)通狀態(tài)，第四半導(dǎo)體開關(guān)S4為關(guān)斷狀態(tài)，即這R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入和輸出側(cè)均未被串聯(lián)到高壓直流中；由于每臺低壓直流鏈節(jié)單元中的低壓DC-DC變換器的功率可以雙向流動且開關(guān)頻率較高，其內(nèi)部第一電容器C1和第二電容器C2上的電壓始終保持高度一致?？紤]低壓DC-DC變換器輸入輸出電壓的變比并折算到輸入或者輸出側(cè)后，兩者幾乎完全相等，因此所述方法只需考慮第一電容器C1的電壓。所述的控制方法在第一高壓直流電壓源I正極流出的電流i!>0時，控制系統(tǒng)選擇上述的R臺處于冗余狀態(tài)的低壓直流鏈節(jié)單元為第一電容器C1電壓最高的R臺；所述的控制方法在第一高壓直流電壓源I正極流出的電流^〈0時，控制系統(tǒng)選擇上述的R臺處于冗余狀態(tài)的低壓直流鏈節(jié)單元為第一電容器C1電壓最低的R臺，通過這一方法可以實現(xiàn)N臺低壓直流鏈節(jié)單元第一電容器C1和第二電容器C2的電壓均衡。而當(dāng)任意一臺低壓直流鏈節(jié)單元的內(nèi)部出現(xiàn)損壞或故障時，其輸入側(cè)的第一機械式旁路開關(guān)K1和輸出側(cè)的機械式旁路開關(guān)K2同時閉合，使得發(fā)生損壞或故障的低壓直流鏈節(jié)單元與其余部分電路的聯(lián)系切斷；該故障·的低壓直流鏈節(jié)單元被旁路之后，在任意一個控制周期內(nèi)控制系統(tǒng)仍然令N-R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)串聯(lián)連接到了第一高壓直流電壓源I且其輸出側(cè)串聯(lián)連接到了第二高壓直流電壓源2，而不會影響所述高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器的正常工作。
[0017]以一臺±200kV/±160kV的高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器為例進一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】:第一高壓直流電壓源I為±200kV，第二高壓直流電壓源2為土 160kV，共含有220個低壓直流鏈節(jié)單元，即N=220 ;設(shè)置20個冗余的低壓直流鏈節(jié)單元，即R=20，每個低壓直流鏈節(jié)單元中第一電容器C1的額定電壓為2000V，第二電容器C2的額定電壓為1600V，即其中的低壓DC-DC變換器輸入與輸出電壓之比為2000:1600 ;同時假設(shè)高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器控制系統(tǒng)的控制周期為l/10kHz=0.1ms，則:
[0018](I)在正常情況下，220臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)機械式旁路開關(guān)K1和輸出側(cè)的機械式旁路開關(guān)1(2均處于開路狀態(tài)，任意一個0.1ms的控制周期內(nèi)，始終只有200個低壓直流鏈節(jié)單元的第一電容器C1串聯(lián)連接在了高壓直流電壓源I以及200個低壓直流鏈節(jié)單元的第二電容器C2串聯(lián)連接在了高壓直流電壓源2。因此，第一電容器C1的電壓為2000V，第二電容器(:2的電壓為1600V ;而其余的20個處于冗余狀態(tài)的低壓直流鏈節(jié)單元由于第二半導(dǎo)體開關(guān)S2和第三半導(dǎo)體開關(guān)S3均處于導(dǎo)通狀態(tài)，其內(nèi)部的第一電容器C1和第二電容器C2上的電荷僅用于內(nèi)部損耗，而不會進行功率傳輸，即便在冗余狀態(tài)也可以基本維持第一電容器C1)的電壓為2000V，第二電容器C2的電壓為1600V。
[0019](2)當(dāng)220臺中的任意一臺低壓直流鏈節(jié)單元的內(nèi)部出現(xiàn)損壞或故障時，其內(nèi)部的第一械式旁路開關(guān)K1和第二械式旁路開關(guān)K2立即閉合，同時關(guān)斷其內(nèi)部所有的半導(dǎo)體開關(guān)器件S1-S4使得此部分電路停止工作并切斷與其它部分電路的聯(lián)系；該故障的低壓直流鏈節(jié)單元被旁路之后，狀態(tài)正常的低壓直流鏈節(jié)單元仍然有219個，而在任意一個0.1ms控制周期內(nèi)仍然選擇200臺低壓直流鏈節(jié)單元的第一電容器C1串聯(lián)連接在第一高壓直流電壓源I以及200臺低壓直流鏈節(jié)單元的第二電容器C2串聯(lián)連接在第二高壓直流電壓源2。因此，切除故障的低壓直流鏈節(jié)單元不會影響本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器的正常工作。也即是說，通過設(shè)置冗余的低壓直流鏈節(jié)單元提高了本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器主電路運行的可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓DC-DC變換器，其特征在于，所述的DC-DC變換器由N臺低壓直流鏈節(jié)單元構(gòu)成，N為正整數(shù)；所述的低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)第一連接端子(T1)和第二連接端子(T2)之間并聯(lián)有第一機械式旁路開關(guān)(K1);所述的低壓直流鏈節(jié)單元的輸出側(cè)第三連接端子(T3)和第四連接端子(T4)之間串聯(lián)有第二機械式旁路開關(guān)(K2);第I臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)第一連接端子(T1)與第一高壓直流電壓源(1)的正極連接在一起；第I臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸出側(cè)第三連接端子(T3)與第二高壓直流電壓源(2)的正極連接在一起；第N臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)第二連接端子(T2)與第一高壓直流電壓源(1)負極連接在一起;第N臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸出側(cè)第四連接端子(T4)與第二高壓直流電壓源(2)的負極連接在一起；第m臺低壓直流鏈節(jié)單元輸入側(cè)第二連接端子(T2)與第m+1臺低壓直流鏈節(jié)單元輸入側(cè)第一連接端子(T1)連接在一起,n為任意正整數(shù),l<m<N ;第η臺低壓直流鏈節(jié)單元輸出側(cè)第四連接端子(T4)與第η+1臺低壓直流鏈節(jié)單元輸出側(cè)第三連接端子(T3)連接在一起，η為任意正整數(shù)，1〈n〈N。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓DC-DC變換器，其特征在于，所述的低壓直流鏈節(jié)單元由機械式旁路開關(guān)(1、Κ2)、半導(dǎo)體開關(guān)(S1-S4X電容器(Q、C2)和低壓DC-DC變換器構(gòu)成；所述的低壓DC-DC變換器為功率可雙向流動的隔離型或非隔離型低壓DC-DC變換器；第一機械式旁路開關(guān)(K1)與第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2)并聯(lián)；第二機械式旁路開關(guān)(K2)與第三半導(dǎo)體開關(guān)(S3)并聯(lián)；第一半導(dǎo)體開關(guān)(S1)與第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2)串聯(lián)連接，即第一半導(dǎo)體開關(guān)(S1MA發(fā)射極與第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2)的集電極連接在第一連接端子(T1);第三半導(dǎo)體開關(guān)(S3)與第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4)串聯(lián)連接，即第三半導(dǎo)體開關(guān)(S3)的發(fā)射極與第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4)的集電極連接在第四連接端子(T4);第一半導(dǎo)體開關(guān)(S1)的集電極與第一電容器(C1)的正極連接在低壓DC-DC變換器的輸入側(cè)正極連接點(P1);第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2)的發(fā)射極與第一電容器(C1)的負極連接在低壓DC-DC變換器輸入側(cè)負極連接點(N1);第三半導(dǎo)體開關(guān)(S3)的集電極與第二電容器(C2)的正極連接在低壓DC-DC變換器輸出側(cè)正極連接點(P2);第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4)的發(fā)射極與第二電容器(C2)的負極連接在低壓DC-DC變換器輸出側(cè)負極連接點(N2);低壓DC-DC變換器輸入側(cè)負極連接點(N2)與第二連接端子(T2)連接在一起；低壓DC-DC變換器輸出側(cè)正極連接點(P2)與第三連接端子(T3)連接在一起。
3.應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的高壓DC-DC變換器的控制方法，其特征在于，所述的控制方法為:所述的高壓直流輸電系統(tǒng)用DC-DC變換器中，N臺低壓直流鏈節(jié)單元中的R臺為冗余工作狀態(tài)，且0〈R〈N ;正常情況下，N臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)第一機械式旁路開關(guān)(K1)和輸出側(cè)的第二機械式旁路開關(guān)(K2)均處于開路狀態(tài)；在任意一個控制周期內(nèi)，只有N-R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)串聯(lián)連接到第一高壓直流電源(1 )，且這N-R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸出側(cè)串聯(lián)連接到第二高壓直流電源(2)，即低壓直流鏈節(jié)單元的第一半導(dǎo)體開關(guān)(S1)為導(dǎo)通狀態(tài)，第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2)為關(guān)斷狀態(tài)，第三半導(dǎo)體開關(guān)(S3)為關(guān)斷狀態(tài)，第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4)為導(dǎo)通狀態(tài)；同時，其余的R臺低壓直流鏈節(jié)單元第一半導(dǎo)體開關(guān)(S1)為關(guān)斷狀態(tài)，第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2)為導(dǎo)通狀態(tài)，第三半導(dǎo)體開關(guān)(S3)為導(dǎo)通狀態(tài)，第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4)為關(guān)斷狀態(tài)，即這R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入和輸出側(cè)均未被串聯(lián)到高壓直流中；由于每臺低壓直流鏈節(jié)單元中的低壓DC-DC變換器的功率能夠雙向流動且開關(guān)頻率較高，其內(nèi)部第一電容器(C1)和第二電容器(C2)上的電壓始終保持高度一致；在第一高壓直流電壓源(1)正極流出的電流I1X)時，高壓直流變壓器的控制系統(tǒng)選擇上述的R臺處于冗余狀態(tài)的低壓直流鏈節(jié)單元為第一電容器(C1)電壓最高的R臺；在第一高壓直流電壓源(O正極流出的電流ii〈0時，高壓直流變壓器的控制系統(tǒng)選擇上述的R臺處于冗余狀態(tài)的低壓直流鏈節(jié)單元為第一電容器(C1)電壓最低的R臺。
4.應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的高壓DC-DC變換器的控制方法，其特征在于，當(dāng)任意一臺低壓直流鏈節(jié)單元的內(nèi)部出現(xiàn)損壞或故障時，其輸入側(cè)的第一機械式旁路開關(guān)(K1)和輸出側(cè)的機械式旁路開關(guān)(K2)同時閉合，使得發(fā)生損壞或故障的低壓直流鏈節(jié)單元與其余部分電路的聯(lián)系切斷；該故障的低壓直流鏈節(jié)單元被旁路之后，在任意一個控制周期內(nèi)高壓直流變壓器控制系仍然令N-R臺低壓直流鏈節(jié)單元的輸入側(cè)串聯(lián)連接到了第一高壓直流電壓源(I)，且其輸出側(cè)串聯(lián)連接到了第二高壓直流電壓源(2 )。
5.如權(quán)利要求1所述的高壓DC-DC變換器，其特征在于，所述的機械式旁路開關(guān)(1、K2)只需要承受低壓直流 電壓。
【文檔編號】H02J3/36GK103746553SQ201410043334
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】李子欣, 王平, 高范強, 徐飛, 李耀華 申請人:中國科學(xué)院電工研究所