自耦式模塊化多電平高壓直流-直流變壓器及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高壓直流輸電技術領域，特別是關于一種用于高壓直流輸電的自 耦式模塊化多電平高壓直流-直流變壓器及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 高壓直流輸電（HVDC)技術具有功率調節(jié)快速靈活、線路通道造價低廉、運行損耗 低等優(yōu)點，應用前景十分廣闊。隨著越來越多的高壓直流輸電工程投運，利用直流變壓器實 現(xiàn)不同電壓等級的直流系統(tǒng)互聯(lián)，進而構成運行靈活性更強的多端直流甚至直流電網(wǎng)，具 有重大的工程意義。
[0003] 應用在低壓配電領域的直流-直流變換器拓撲結構多樣，技術成熟，但為提高電 壓等級和輸送容量，這類變換器中橋臂需要由大量絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)串并聯(lián)而 成，然而各個元件開斷時間、伏安特性等不盡相同，由此引發(fā)的器件一致觸發(fā)、動態(tài)均壓、電 流均衡、電磁兼容等問題難以解決。為實現(xiàn)高電壓大容量的要求，現(xiàn)有技術中有采用了多個 低壓直流-直流隔離型變換器單元級聯(lián)方式；還有采用由模塊化多電平換流器、雙繞組中 頻或高頻變壓器和一個全控型H橋構成的直流變壓器。以上兩種結構均利用中高頻變壓 器以實現(xiàn)高壓側和低壓側的電氣隔離，且低壓側采用單個全控型H橋，然而這種構造事實 上不適用高壓大容量直流系統(tǒng)互聯(lián)場合。一方面中高頻變壓器容量有限，難以完成百兆瓦 級別的能量輸送和交換；另一方面低壓側輸出直流電壓過低（即單個H橋電壓），無法匹配 高壓直流輸電網(wǎng)絡的電壓等級。目前大容量傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)電壓等級一般為±800kV、 ±660kV和±500kV，而大容量柔性直流輸電系統(tǒng)的電壓等級一般為±320kV、±200kV和 ±150kV，所以連接二者的直流變壓器基本要求是直流電壓變比在1. 5?5. 5之間。此外， 以上兩種結構中主要采用直流-交流（隔離）-直流的基本方式構成直流電壓變壓器，所需 的電力電子器件較多。
[0004] 對于高壓直流輸電場合而言，直流變壓器應該在盡可能節(jié)省成本和實現(xiàn)高壓大容 量的目標下，實現(xiàn)如下兩種基本功能：1)直流電壓變換，直流變壓器的電壓變換比率是按 照兩側系統(tǒng)正常運行時的直流電壓設計的，直流變壓器需要從拓撲結構和控制策略加以考 慮應對。2)直流故障隔離，對于某側出現(xiàn)直流故障，必須快速有效的處理并隔離直流故障， 防止故障經(jīng)直流變壓器傳遞，進而引起系統(tǒng)連鎖反應導致系統(tǒng)崩潰。然而現(xiàn)有的技術手段 一般在考慮固定的直流電壓變換下實現(xiàn)能量流動，特別是對直流故障隔離沒有涉及。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種自耦式模塊化多電平高壓直流-直流變 壓器及其控制方法，具有傳輸容量大、直流電壓等級高、減少了器件需求，可實現(xiàn)功率雙向 流動、環(huán)流抑制，控制性能較好。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：一種自耦式模塊化多電平高壓直 流-直流變壓器，其特征在于：它包括上部換流器、下部換流器和工頻交流變壓器；所述上 部換流器交流側經(jīng)所述工頻交流變壓器與所述下部換流器連接；所述上部換流器高位直流 端口Hl和所述下部換流器低位直流端口L2構成高壓直流輸出口，所述上部換流器低位直 流端口H2和所述下部換流器高位直流端口Ll直接連接，所述下部換流器兩個端口LUL2 構成低壓直流輸出口。
[0007] 所述上部換流器采用子模塊混合型模塊化多電平換流器，其包括三相橋臂，所述 三相橋臂的中點位置連接所述工頻交流變壓器的三相電壓端；每相橋臂均由電感、N個半 橋子模塊組成的閥段Vl和M個箝位雙子模塊組成的閥段V2串聯(lián)構成。
[0008] 每個所述半橋子模塊均采用由兩個絕緣柵雙極型晶體管和一個電容構成的半橋 單元，所述兩個絕緣柵雙極型晶體管串聯(lián)，在第一個所述絕緣柵雙極型晶體管的集電極與 第二個所述絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極之間連接所述電容。
[0009] 每個所述箝位雙子模塊都由兩個半橋單元、一個引導絕緣柵雙極型晶體管和兩個 二極管構成，所述兩個半橋單元串聯(lián)連接，位于所述兩個半橋單元之間在第一個所述半橋 單元正向輸出端和負向輸出端分別串聯(lián)一個所述二極管，并在兩個所述二極管之間連接所 述引導絕緣柵雙極型晶體管。
[0010] 所述下部換流器采用半橋子模塊型模塊化多電平換流器，其包括三相橋臂，所述 三相橋臂的中點位置連接所述工頻交流變壓器的三相端；每相橋臂都由H個半橋子模塊和 另一電感串聯(lián)構成。
[0011] 所述工頻交流變壓器的額定變比nt為：
【主權項】
1. 一種自禪式模塊化多電平高壓直流-直流變壓器，其特征在于；它包括上部換流器、 下部換流器和工頻交流變壓器；所述上部換流器交流側經(jīng)所述工頻交流變壓器與所述下部 換流器連接；所述上部換流器高位直流端口 H1和所述下部換流器低位直流端口 L2構成高 壓直流輸出口，所述上部換流器低位直流端口肥和所述下部換流器高位直流端口 L1直接 連接，所述下部換流器兩個端口 L1、L2構成低壓直流輸出口。
2. 如權利要求1所述的自禪式模塊化多電平高壓直流-直流變壓器，其特征在于：所 述上部換流器采用子模塊混合型模塊化多電平換流器，其包括=相橋臂，所述=相橋臂的 中點位置連接所述工頻交流變壓器的=相電壓端；每相橋臂均由電感、N個半橋子模塊組 成的閥段VI和M個猜位雙子模塊組成的閥段V2串聯(lián)構成。
3. 如權利要求2所述的自禪式模塊化多電平高壓直流-直流變壓器，其特征在于：每 個所述半橋子模塊均采用由兩個絕緣柵雙極型晶體管和一個電容構成的半橋單元，所述兩 個絕緣柵雙極型晶體管串聯(lián)，在第一個所述絕緣柵雙極型晶體管的集電極與第二個所述絕 緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極之間連接所述電容。
4. 如權利要求2所述的自禪式模塊化多電平高壓直流-直流變壓器，其特征在于：每 個所述猜位雙子模塊都由兩個半橋單元、一個引導絕緣柵雙極型晶體管和兩個二極管構 成，所述兩個半橋單元串聯(lián)連接