一種級聯(lián)升壓式單向直流變壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單向直流變壓器，包括電壓源型換流器、不可控整流器和電感?電容升壓回路，其中，電壓源型換流器的正、負(fù)極分別與低壓直流系統(tǒng)的正、負(fù)極相聯(lián)接，不可控整流器的正、負(fù)極分別與高壓直流系統(tǒng)的正、負(fù)極相聯(lián)接，電壓源型換流器的交流側(cè)聯(lián)接交流電感的一端，該交流電感的另一端與交流電容的一端以及通過交流變壓器與不控整流器的交流側(cè)互聯(lián)，交流電容的另一端接地。本發(fā)明的變換器由于采用經(jīng)電感?電容以及交流變壓器兩級升壓的技術(shù)，可以大大降低所使用功率模塊的數(shù)量，降低各功率模塊間的均壓、均流控制難度。
【專利說明】
-種級聯(lián)升壓式單向直流變壓器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)輸配電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種級聯(lián)升壓式單向直流 變壓器，用于單向地從低壓直流系統(tǒng)向高壓直流系統(tǒng)傳輸直流功率，實(shí)現(xiàn)高升壓比。
【背景技術(shù)】
[0002] 高變比直流變壓器是直流配電網(wǎng)、光伏直流并網(wǎng)系統(tǒng)、風(fēng)電直流并網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān) 鍵設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)低壓直流系統(tǒng)和高壓直流系統(tǒng)之間的功率互聯(lián)，其變比可高達(dá)20-40。大 功率直流變壓器通常采用直流-交流-直流變換技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)兩個直流電網(wǎng)之間的功率雙 向傳輸，所采用的換流器為電壓源型換流器，從而帶來了成本高、損耗高的代價。
[0003] 在風(fēng)電、光伏經(jīng)直流組網(wǎng)等某些典型應(yīng)用場合，功率只需要單向地從低壓直流系 統(tǒng)向高壓直流系統(tǒng)傳輸?，F(xiàn)有的高壓大功率單向直流變壓器一般采用直流-交流-直流變換 技術(shù)，其基本功率單元如圖1所示，其【具體實(shí)施方式】為建設(shè)一個電壓源型換流器與一個不可 控整流器，電壓源型換流器和不可控整流器的直流端分別與待互聯(lián)的低壓直流系統(tǒng)和高壓 直流系統(tǒng)的直流端聯(lián)接，兩個換流器的交流端通過一定的中、高頻交流電路互聯(lián)在一起。如 圖1所示，該單向直流變壓器的原理性拓?fù)?，主要由電壓源型換流器1'，交流變壓器7'和不 控整流器2 '在交流側(cè)依次互聯(lián)而成，低壓直流系統(tǒng)3 '的直流電先經(jīng)過電壓源型換流器1'逆 變成交流電后經(jīng)交流變壓器7 '升壓后再經(jīng)不控整流器2 '整流得到直流電，來自低壓直流系 統(tǒng)的直流功率將先由電壓源型換流器逆變?yōu)榻涣麟娫俳?jīng)過不可控整流器整流為直流電傳 輸?shù)礁邏褐绷飨到y(tǒng)。在中、高頻應(yīng)用場合，由于交流變壓器變比有限，圖1所示的常規(guī)單向直 流變壓器的升壓比一般不會超過2。
[0004] 受限于高變比的高壓大容量高頻變壓器制造瓶頸，現(xiàn)有直流-交流-直流變壓器功 率單元內(nèi)部中高頻交流電路一般采用低變比、中小容量的高頻變壓器來實(shí)現(xiàn)電磁能量的轉(zhuǎn) 換。為了提高直流變壓器的升壓比，在面向于電力系統(tǒng)級的應(yīng)用時，通常需要幾十個直流-交流-直流變壓器功率單元進(jìn)行串并聯(lián)組合W滿足系統(tǒng)的應(yīng)用需求。如圖2所示是一種典型 的模塊化串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的變壓器，其由多個功率單元在低壓側(cè)并聯(lián)、高壓側(cè)串聯(lián)而成。然而， 大量的直流-交流-直流變壓器功率單元進(jìn)行串并聯(lián)使用時會來帶功率單元之間均壓、均流 的難題，同時也給控制系統(tǒng)的研制帶來較大的困難，不僅提高了裝置的總成本，而且也大大 降低了系統(tǒng)的可靠性，該類模塊化串并聯(lián)結(jié)構(gòu)低載時仍需投入運(yùn)行所有的功率單元，使得 低載時效率較低。
[0005] 盡管可W對于內(nèi)部交流電路采用不帶電氣隔離功能的電感-電容-電感升壓型直 流-交流-直流變壓器，例如文獻(xiàn)"1XL DC/DC converter for DC grids" (Dragan Jovcic, Lu Zhang,IE邸 IYansactions on 化wer Deliveir,2013,28(4) ,2071-2079)中披露了一 種電容-電感-電容升壓型直流-交流-直流變壓器，其典型變比高于高頻變壓器的變比，但 僅依靠電感-電容-電感升壓，其最高升壓比一般為5,仍難W達(dá)到20-40的變比。而且由于該 類拓?fù)淦鋬蓚?cè)直流系統(tǒng)均只能采用對稱雙極性拓?fù)洌瑹o法用于聯(lián)接單極性直流系統(tǒng)，該類 拓?fù)錈o法作為基本功率單元進(jìn)行模塊化串并聯(lián)組合，從而難W進(jìn)一步提高其升壓比，而且 其是用于雙向功率傳輸，對單向功率傳輸應(yīng)用場合來說成本高效率低。
[0006] 綜上，已有的大功率高電壓等級直流-交流-直流變壓器存在著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其控制 復(fù)雜、功率單元變比低、低載工況下運(yùn)行效率低的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種單向直流變壓器，通過 對其逆變器、整流器W及交流鏈路的拓?fù)溥M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，通過較少直流-交流-直流功率單 元的串并聯(lián)組合便可滿足高壓大容量的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)對兩直流系統(tǒng)間直流功率的單向傳 輸，該系統(tǒng)改進(jìn)了現(xiàn)有單向直流-交流-直流變換功率單元存在的變比小，應(yīng)用于高電壓大 容量場合時需要較多功率單元串、并聯(lián)組合的缺陷，具有高效率、高升壓比、整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡單的優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種單向直流變壓器，用于從低 壓直流系統(tǒng)向高壓直流系統(tǒng)單向傳輸直流功率，其特征在于，該直流變壓器包括電壓源型 換流器、不可控整流器和電感-電容升壓回路，其中，
[0009] 所述電壓源型換流器的正、負(fù)極分別與低壓直流系統(tǒng)的正、負(fù)極相聯(lián)接，不可控整 流器的正、負(fù)極分別和高壓直流系統(tǒng)的正、負(fù)極相聯(lián)接，電壓源型換流器的交流側(cè)聯(lián)接交流 電感的一端，交流電感的另一端與交流電容的一端W及不控整流器的交流側(cè)互聯(lián)，交流電 容的另一端接地。
[0010] 本方案中的上述單向直流變壓器通過上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用其中的電壓源型換流器 控制交流電容的交流電壓，從而控制從低壓直流系統(tǒng)向高壓直流系統(tǒng)傳輸?shù)闹绷鞴β?，?此方式實(shí)現(xiàn)對兩直流系統(tǒng)間直流功率的單向傳輸，達(dá)到調(diào)控單向直流變壓器輸送功率的目 的，滿足高壓大容量的應(yīng)用需求。
[0011] 優(yōu)選地，還包括設(shè)置在所述電感-電容升壓回路與所述不可控整流器之間的交流 變壓器，所述交流電感的另一端W及所述交流電容的一端通過所述交流變壓器與所述不控 整流器的交流側(cè)互聯(lián)，即該交流變壓器的低壓側(cè)聯(lián)接到所述交流電感和交流電容的互聯(lián) 點(diǎn)，=者形成互聯(lián)，其高壓側(cè)與不控整流器的交流側(cè)聯(lián)接。
[0012] 優(yōu)選地，所述不可控整流器由至少一組子整流器單元串聯(lián)形成，其中所述子整流 器單元由一個正極子整流器和一個負(fù)極子整流器在直流側(cè)順次串聯(lián)組成，所述正極子整流 器的負(fù)極和負(fù)極子整流器的正極相聯(lián)接。
[0013] 所述交流變壓器為兩個或兩個W上，各交流變壓器的低壓端均與所述交流電容的 一端相聯(lián)接，高壓端分別與對應(yīng)的子整流器單元的交流端口相聯(lián)接。
[0014] 優(yōu)選地，所述交流變壓器為=繞組交流變壓器，交流變壓器的其中一個繞組與交 流電容的一端相聯(lián)接，另外兩個繞組分別與正極子整流器和負(fù)極子整流器的交流側(cè)相聯(lián) 接。
[0015] 優(yōu)選地，所述電壓源型換流器與所述電感-電容升壓電路組成的功率單元可W為 多個，其中每個功率單元中的電壓源型換流器正極與低壓直流系統(tǒng)的正極聯(lián)接，電壓源型 換流器負(fù)極與低壓直流系統(tǒng)的負(fù)極聯(lián)接、電壓源型換流器的交流側(cè)聯(lián)接到對應(yīng)的交流電感 的一端、該交流電感的另一端與對應(yīng)的交流電容的一端W及不控整流器的交流側(cè)互聯(lián)。
[0016] 優(yōu)選地，各交流電感與交流電容的一端相聯(lián)接后再聯(lián)接到交流公共聯(lián)接點(diǎn)，所述 不控整流器的交流側(cè)連接至該交流公共聯(lián)接點(diǎn)。
[0017] 優(yōu)選地，多個所述功率單元中最多一個上沒有設(shè)置雙向開關(guān)，設(shè)置該雙向開關(guān)的 功率單元中，各交流電感與交流電容的一端相聯(lián)接后再通過該雙向開關(guān)聯(lián)接到交流公共聯(lián) 接點(diǎn)，可在低載時通過關(guān)斷功率單元上的所述雙向開關(guān)切除相應(yīng)的功率單元。
[0018] 優(yōu)選地，所述雙向開關(guān)為雙向晶閩管開關(guān)。
[0019] 優(yōu)選地，還包括設(shè)置在所述電感-電容升壓回路與所述電壓源型換流器之間的交 流變壓器，所述電壓源型換流器通過該交流變壓器與所述交流電感聯(lián)接，即所述電壓源型 換流器的交流側(cè)與該交流變壓器的低壓側(cè)聯(lián)接，所述交流變壓器的高壓側(cè)與所述交流電感 一端連接。
[0020] 優(yōu)選地，所述的電壓源型換流器可W采用模塊化多電平換流器、兩電平換流器、= 電平換流器等各種電壓源型換流器拓?fù)洹?br>[0021] 優(yōu)選地，所述的不可控整流器或電壓源型換流器可W采用單相、=相或多相換流 器拓?fù)洹?br>[0022] 優(yōu)選地，所述低壓直流系統(tǒng)采用對稱雙極性或?qū)ΨQ單極性接線拓?fù)?，所述高壓?流系統(tǒng)采用對稱雙極性、對稱單極性或不對稱單極性接線拓?fù)洹?br>[0023] 優(yōu)選地，所述電感-電容升壓回路中的電感、電容的計算公式分別為：
[0024]
[0025]
[0026] 其中，Ui為每個電感-電容升壓回路低壓側(cè)每相對地電壓的有效值，Uc為每個電感-電容升壓回路高壓側(cè)每相對地電壓的有效值，Pn為每相的額定功率，《為電感-電容回路的 運(yùn)行角頻率，k為不小于1的裕度系數(shù)。
[0027] 優(yōu)選地，通過計算得到的所述電感和電容的值，利用仿真模型微調(diào)電容的值，可使 得傳輸額定功率時，所述電壓源型換流器的無功功率為零從而降低運(yùn)行損耗。
[0028] 優(yōu)選地，可通過控制所述交流電容電壓的幅值從而控制所述單向直流變壓器傳輸 的有功功率。
[0029] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[0030] (1)本發(fā)明的方案通過引入電感-電容升壓回路，降低了模塊化串并聯(lián)部分的變比 要求從而減少了直流變壓器功率單元模塊級串/并聯(lián)的數(shù)量，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行損耗與成 本，降低了均壓、均流技術(shù)難度。
[0031] (2)本發(fā)明通過將直流變壓器中的部分換流器替換為不可控整流器，降低了單向 直流變壓器的換流器成本，降低了控制復(fù)雜度并達(dá)到了功率單向傳輸?shù)哪康摹?br>[0032] (3)本發(fā)明的方案改進(jìn)現(xiàn)有單向直流-交流-直流變換功率單元存在的變比小，應(yīng) 用于高電壓大容量場合時需要較多功率單元串、并聯(lián)組合的缺陷，通過較少直流-交流-直 流功率單元的串并聯(lián)組合便可滿足高壓大容量的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)對兩直流系統(tǒng)間直流功率 的單向傳輸，具有高效率、高升壓比、整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0033] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種常規(guī)的單向直流變壓器拓?fù)洌?br>[0034] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中一種常規(guī)的模塊化串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)的單向直流變壓器拓?fù)洌?br>[0035] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例所構(gòu)建的利用電感-電容回路實(shí)現(xiàn)變壓的單向直流 變壓器；
[0036] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例所構(gòu)建的單向直流變壓器，其中升壓回路由電感-電 容回路和交流變壓器串聯(lián)而成；
[0037] 圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例所構(gòu)建的單向直流變壓器，其中交流變壓器為一個 =繞組交流變壓器；
[0038] 圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例所構(gòu)建的單向直流變壓器，其中包含了兩個交流變 壓器；
[0039] 圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例所構(gòu)建的單向直流變壓器，包含了兩個功率子單元；
[0040] 圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例所構(gòu)建的單向直流變壓器，且第二個功率子單元的 高壓側(cè)聯(lián)接了雙向晶閩管旁路開關(guān)；
[0041] 圖9是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例所構(gòu)建的單向直流變壓器，包含了 4個功率子單元；
[0042] 圖10是圖9所示實(shí)施例的單向直流變壓器的詳細(xì)線路圖；
[0043] 圖11根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例所構(gòu)建的單向直流變壓器，包含了 4個電感-電容功率 子單元和4個交流變壓器；
[0044] 圖12是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例所構(gòu)建的單向直流變壓器，其交流升壓回路由交流 變壓器和電感-電容支路串聯(lián)而成；
[0045] 圖13是根據(jù)本發(fā)明所述單向直流變壓器的電壓源型換流器可W采用的一些公知 拓?fù)洌?br>[0046] 圖14是根據(jù)發(fā)明所述單向直流變壓器的電壓源型換流器可W采用的一些公知拓 撲。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[004引本發(fā)明提供的單向直流變壓器主要用于單向地從低壓直流系統(tǒng)向高壓直流系統(tǒng) 傳輸直流功率，其顯著的技術(shù)性表現(xiàn)在于使用電感-電容支路與交流變壓器串聯(lián)的兩級升 壓電路實(shí)現(xiàn)直流變壓器的高升壓比特性，解決了常規(guī)單向直流變壓器在高升壓比場合存在 的串、并聯(lián)功率模塊數(shù)太多，均壓、均流困難的缺陷，常規(guī)的電感-電容-電感型直流變壓器 無法應(yīng)用于模塊化串、并聯(lián)的缺陷。
[0049]本發(fā)明的利用電感-電容支路或電感-電容支路與交流變壓器串聯(lián)實(shí)現(xiàn)變壓的方 案，可W減少串、并聯(lián)的功率單元的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)單向直流功率傳輸。
[0050] 圖3為按照本發(fā)明一個實(shí)施例所提出的單向直流變壓器拓?fù)?，主要由電壓源型換 流器1、交流電感5、交流電容6和不控整流器2互聯(lián)而成。其中，電壓源型換流器1直流側(cè)的 正、負(fù)極分別與低壓直流系統(tǒng)3的正、負(fù)極聯(lián)接，電壓源型換流器1的交流側(cè)聯(lián)接至交流電感 5的一端，交流電感5的另一端與交流電容6的高壓端W及不控整流器2的交流側(cè)互聯(lián)在一 起，交流電容6的低壓端接地。
[0051] 該實(shí)施例的方案中通過控制交流電容6的交流電壓即可控制不控整流器2的整流 電壓從而控制直流電流，達(dá)到調(diào)控單向直流變壓器輸送功率的目的。由于圖3實(shí)施例通過采 用電感-電容回路實(shí)現(xiàn)升壓，電感-電容回路不存在鐵忍損耗，應(yīng)用于中、高頻頻率時，其典 型的升壓比可W高達(dá)5:1。而圖1所示常規(guī)方案通過交流變壓器進(jìn)行升壓，運(yùn)行于中、高頻頻 率時存在較大的鐵忍損耗，受限于絕緣和散熱問題，圖1常規(guī)方案的典型升壓比為1:1-1:2。
[0052] 為了進(jìn)一步提高升壓比，本發(fā)明一個實(shí)施例中提出了圖4所示的采用電感-電容升 壓回路與交流變壓器進(jìn)行級聯(lián)升壓的單向直流變壓器。圖4所示實(shí)施例的系統(tǒng)與圖3所示實(shí) 施例的系統(tǒng)類似，改動在于電壓源型換流器的交流輸出經(jīng)交流電感5和交流電容6后，再經(jīng) 交流變壓器7進(jìn)行進(jìn)一步的升壓或提供電氣隔離。
[0053] 本方案中，由于交流變壓器7具有隔離直流偏置電壓的功能，多個不控整流器2可 W通過多個交流變壓器7形成直流側(cè)串聯(lián)、交流側(cè)并聯(lián)的串、并聯(lián)組合從而進(jìn)一步提高單向 直流變壓器的升壓比。引入交流變壓器7后，圖4實(shí)施例不再像圖3實(shí)施例那樣要求高壓直流 系統(tǒng)4必須為雙極性系統(tǒng)或?qū)ΨQ單極系統(tǒng)，從而圖4實(shí)施例因引入了交流變壓器7后具備更 廣泛的應(yīng)用場合，也方便于將圖4實(shí)施例進(jìn)行串、并聯(lián)組合后得到功能更完善、性能更好的 單向直流變壓器。
[0054] 為了降低圖4單向直流變壓器的高壓直流側(cè)諧波W及進(jìn)一步提高升壓比，降低交 流變壓器的成本，如圖5所示的實(shí)施例給出了圖4的進(jìn)一步改進(jìn)方案。圖5所示實(shí)施例中，交 流變壓器7為一個=繞組交流變壓器。=繞組交流變壓器的一個繞組聯(lián)接至電感-電容支路 的交流輸出側(cè)，另外兩個繞組分別聯(lián)接至不控整流器2和不控整流器12的交流側(cè)。
[0055] 在一個實(shí)施例中，如圖6所示，對圖5所示的實(shí)施例的方案進(jìn)行改進(jìn)，即將其中=繞 組交流變壓器7替換為兩個雙繞組交流變壓器7和17。
[0056] 在一個實(shí)施例中，如圖7所示，圖7為包含兩個電感-電容升壓單元的直流變壓器拓 撲。圖7拓?fù)渑c圖6拓?fù)浠疽恢拢瑓^(qū)別在于增加了電壓源型換流器11、交流電感15和交流電 容16構(gòu)成的第二電感-電容升壓單元。兩個電感-電容升壓單元的直流側(cè)與交流側(cè)均并聯(lián)聯(lián) 接在一起。
[0057] 在一個實(shí)施例中，如圖8所示，圖8拓?fù)渑c圖7拓?fù)浠疽恢?，區(qū)別在于交流電容16 的高壓側(cè)還串聯(lián)了雙向晶閩管8,從而使得圖8所示實(shí)施例的整個系統(tǒng)在輸送的功率小于 50%額定功率時，通過關(guān)斷雙向晶閩管8可W切除第二電感-電容升壓單元，從而提高單向 直流變壓器在低負(fù)載條件下（^ 50%額定功率)的效率。
[0058] 在一個實(shí)施例中，如圖9所示，圖9拓?fù)渑c圖8拓?fù)浠疽恢?，區(qū)別在于將電感-電容 升壓單元的數(shù)目擴(kuò)充為4個，使得在負(fù)載^ 25%額定功率時僅投入第一電感-電容升壓單 元;負(fù)載介于25%-50%額定功率時，僅投入第一、第二電感-電容升壓單元;負(fù)載介于50%-75%額定功率時，僅投入第一、第二和第=電感-電容升壓單元;負(fù)載介于75%-100%額定 功率時投入全部的電感-電容升壓單元。采用上述分級投切策略可W進(jìn)一步提高直流變壓 器在各種負(fù)載條件下的效率。
[0059] 圖10給出了與圖9實(shí)施例所對應(yīng)的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)框圖。
[0060] 圖11所示的是圖10所示實(shí)施例的進(jìn)一步擴(kuò)展的實(shí)施例，其中，不控整流側(cè)由四個 不控整流器串聯(lián)而成。
[0061] 在一個實(shí)施例中，如圖12所示，圖12給出了另一種級聯(lián)升壓式直流變壓器的拓?fù)洌?其結(jié)構(gòu)與圖4所示實(shí)施例類似，區(qū)別在于調(diào)整了交流變壓器7和電感-電容升壓回路的位置， 電壓源型換流器1的交流輸出將先通過交流變壓器7進(jìn)行第一級升壓，而后再經(jīng)交流電感5 和交流電容6構(gòu)成的電感-電容回路進(jìn)行第二級升壓。圖12為先用交流變壓器升壓后由電 感-電容回路升壓方案的優(yōu)選方案，其用途在于低壓直流側(cè)可W聯(lián)接不對稱單極直流系統(tǒng)， 而圖4-圖11方案低壓直流側(cè)只能聯(lián)接對稱單極系統(tǒng)或?qū)ΨQ雙極系統(tǒng)，無法聯(lián)接不對稱單極 直流系統(tǒng)。
[0062] 本發(fā)明各實(shí)施例中所述的交流電感5、交流電容6、交流變壓器7可W采用單相、兩 相、S相或多相拓?fù)洹?br>[0063] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述低壓直流系統(tǒng)采用對稱雙極性接線拓?fù)浠驅(qū)ΨQ單極性接線拓 撲而高壓直流系統(tǒng)則可W采用對稱雙極性接線拓?fù)?、對稱單極性接線拓?fù)浠虿粚ΨQ單極接 線拓?fù)洹?br>[0064] 優(yōu)選地，記每個電感-電容升壓回路低壓側(cè)每相對地電壓的有效值為Ul，高壓側(cè)每 相對地電壓有效值為Uc,每相的額定功率為化，電感-電容回路的運(yùn)行角頻率為CO，裕度系 數(shù)為k化含1)，則電感-電容升壓回路中電感、電容的計算參考值為
[0065] (1)
[0066] ㈱
[0067] 式(1)和(0)中，L、C分別為電感和電容的值。
[0068] 計算得到L、C的值后，通過在仿真軟件上搭建仿真模型，微調(diào)電容的值，使得傳輸 額定功率時，電壓源型換流器的無功功率為零從而降低運(yùn)行損耗。
[0069] 圖13給出了本發(fā)明所述電壓源型換流器1可W采用的一些常見拓?fù)洹D14給出了 本發(fā)明所述不控整流器2可W采用的一些常見拓?fù)?。圖13-圖14的詳細(xì)說明可W參考專利CN 103337972 A〇
[0070] 上述各實(shí)施例中，可利用單向直流變壓器所包含的電壓源型換流器控制單向直流 變壓器的內(nèi)部交流電壓從而控制單向直流變壓器所包含的不可控整流器整流后的直流電 壓，進(jìn)而控制單向直流變壓器傳輸?shù)闹绷鞴β剩瑢?shí)現(xiàn)對單向直流變壓器所傳輸直流功率的 控制。
[0071] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種單向直流變壓器，用于從低壓直流系統(tǒng)向高壓直流系統(tǒng)單向傳輸直流功率，其 特征在于，該直流變壓器包括電壓源型換流器、不可控整流器和電感-電容升壓回路，其中， 所述電壓源型換流器的正、負(fù)極分別與低壓直流系統(tǒng)的正、負(fù)極相聯(lián)接，所述不可控整 流器的正、負(fù)極分別與高壓直流系統(tǒng)的正、負(fù)極相聯(lián)接，所述電壓源型換流器的交流側(cè)聯(lián)接 所述交流電感的一端，該交流電感的另一端與所述交流電容的一端W及不控整流器的交流 側(cè)互聯(lián)，所述交流電容的另一端接地。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單向直流變壓器，其中，還包括設(shè)置在所述電感-電容升 壓回路與所述不可控整流器之間的交流變壓器，所述交流電感的另一端W及所述交流電容 的一端通過所述交流變壓器與所述不控整流器的交流側(cè)互聯(lián)，即該交流變壓器的低壓側(cè)聯(lián) 接到所述交流電感和交流電容的互聯(lián)點(diǎn)，Ξ者形成互聯(lián)，其高壓側(cè)與不控整流器的交流側(cè) 聯(lián)接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單向直流變壓器，其中，所述不可控整流器由至少一組子 整流器單元串聯(lián)形成，其中所述子整流器單元由一個正極子整流器和一個負(fù)極子整流器在 直流側(cè)順次串聯(lián)組成，所述正極子整流器的負(fù)極和負(fù)極子整流器的正極相聯(lián)接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種單向直流變壓器，其中，所述交流變壓器為兩個或兩個W 上，各交流變壓器的低壓端均與所述交流電容的一端相聯(lián)接，高壓端分別與對應(yīng)的子整流 器單元的交流端口相聯(lián)接。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種單向直流變壓器，其中，所述交流變壓器為Ξ繞組交 流變壓器，該Ξ繞組交流變壓器的其中一個繞組與交流電容的一端相聯(lián)接，另外兩個繞組 分別與所述子整流器單元中的正極子整流器和負(fù)極子整流器的交流端口相聯(lián)接。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的一種單向直流變壓器，其中，所述電壓源型換流器與所述電 感-電容升壓電路組成的功率單元可W為多個，其中每個功率單元中的電壓源型換流器正 極與低壓直流系統(tǒng)的正極聯(lián)接，電壓源型換流器負(fù)極與低壓直流系統(tǒng)的負(fù)極聯(lián)接、電壓源 型換流器的交流側(cè)聯(lián)接到對應(yīng)的交流電感的一端、該交流電感的另一端與對應(yīng)的交流電容 的一端W及不控整流器的交流側(cè)互聯(lián)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種單向直流變壓器，其中，各交流電感與交流電容的一端相 聯(lián)接后再聯(lián)接到交流公共聯(lián)接點(diǎn)，所述不控整流器的交流側(cè)連接至該交流公共聯(lián)接點(diǎn)。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種單向直流變壓器，其中，多個所述功率單元中最多一 個上沒有設(shè)置雙向開關(guān)，設(shè)置該雙向開關(guān)的功率單元中，各交流電感與交流電容的一端相 聯(lián)接后再通過該雙向開關(guān)聯(lián)接到交流公共聯(lián)接點(diǎn)，可在低載時通過關(guān)斷功率單元上的所述 雙向開關(guān)切除相應(yīng)的功率單元。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種單向直流變壓器，其中，所述雙向開關(guān)為雙向晶閩管開 關(guān)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單向直流變壓器，其中，還包括設(shè)置在所述電感-電容升 壓回路與所述電壓源型換流器之間的交流變壓器，所述電壓源型換流器通過該交流變壓器 與所述交流電感聯(lián)接，即所述電壓源型換流器的交流側(cè)與該交流變壓器的低壓側(cè)聯(lián)接，所 述交流變壓器的高壓側(cè)與所述交流電感一端連接。11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的一種單向直流變壓器，其中，所述的電壓源型換 流器可W采用模塊化多電平換流器、兩電平換流器、Ξ電平換流器等各種電壓源型換流器 拓?fù)洹?2. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的一種單向直流變壓器，其中，所述的不可控整流 器或電壓源型換流器可W采用單相、Ξ相或多相換流器拓?fù)洹?3. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的一種單向直流變壓器，其中，所述低壓直流系統(tǒng) 采用對稱雙極性或?qū)ΨQ單極性接線拓?fù)洌龈邏褐绷飨到y(tǒng)采用對稱雙極性、對稱單極性 或不對稱單極性接線拓?fù)洹?4. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項所述的一種單向直流變壓器，其中，所述電感-電容升 壓回路中的電感、電容的計算公式分別為：其中，化為每個電感-電容升壓回路低壓側(cè)每相對地電壓的有效值，Uc為每個電感-電容 升壓回路高壓側(cè)每相對地電壓的有效值，Pn為每相的額定功率，ω為電感-電容回路的運(yùn)行 角頻率，k為不小于1的裕度系數(shù)。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種單向直流變壓器，其中，通過計算得到的所述電感和電 容的值，利用仿真模型微調(diào)電容的值，可使得傳輸額定功率時，所述電壓源型換流器的無功 功率為零從而降低運(yùn)行損耗。16. 根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項所述的一種單向直流變壓器，其中，可通過控制所述交 流電容電壓的幅值從而控制所述單向直流變壓器傳輸?shù)挠泄β省?br>【文檔編號】H02M3/335GK105846685SQ201610315826
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】林衛(wèi)星, 周猛, 文勁宇
【申請人】華中科技大學(xué)