一种中频直流‑直流自耦变压器制造技术

本发明专利技术公开了一种中频直流‑直流自耦变压器，用于互联两个电压等级不同的直流系统，该变压器由第一换流器组、第二换流器组和第三换流器组在直流侧依次串联而成，第一换流器组的正极和第三换流器组的负极分别与第二直流系统的正极和负极联接，第二换流器组的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，每个换流器组由多个功率单元串联联接而成，每个功率单元经中频交流变压器联接至公共交流母线，第二换流器组可进一步细分为第二换流器正极组和第二换流器负极组从而使得仅包含第一换流器组和第二换流器正极组时，或者仅包含第二换流器负极组和第三换流器组时系统仍能正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种中频直流-直流自耦变压器
本专利技术属于电力系统输配电
，更具体地，涉及一种中频直流-直流自耦变压器。
技术介绍
随着模块化多电平换流器的发展，利用模块化多电平换流器构成直流电网是电力工业界近年来备受关注的一个热点。各个区域直流电网的互联是一个亟待解决的问题。由于各个区域直流电网功能不同，所采用的技术不同，所建设的年代不同，各个区域直流电网的额定直流电压不会完全一致。为了互联不同电压等级的直流电网，需要采用直流-直流变换器。在配电网层面，直流微网也是目前的技术热点之一，互联不同电压等级的直流微网也需要用到直流-直流变换器。现有的高压大功率直流-直流变换器一般包括直流-交流-直流变换技术和直流自耦变压器技术两类。直流-交流-直流变换技术的具体实施方式为建设两个换流器，两个换流器的直流端分别与待互联的第一直流电网和第二直流电网(此处记第一直流电网的额定直流电压低于第二直流电网的额定直流电压)的直流端联接，两个换流器的交流端通过一定的交流电路互联在一起。以第一直流电网向第二直流电网传输功率为例，换流器一先进行直流/交流变换把第一直流电网的直流电逆变为交流电，换流器二再进行交流/直流变换从而把第一直流电网逆变后的电能再重新整流成直流电馈入到第二直流电网。常规的直流-交流-直流变换技术所使用的换流器总容量为额定传输功率的2倍，从而带来了投资大，运行成本高的缺陷。直流自耦变压器的一种实施方式为建设三个换流器，换流器一～换流器三依次在直流侧串联，换流器一的高压直流端和换流器三的低压直流端分别与第二直流电网的高压直流端和低压直流端联接，换流器二的高压直流端和低压直流端分别与第一直流电网的高压直流端和低压直流端联接，三个换流器的交流侧经一定的相电抗支路或变压器支路联接到一个交流公共母线上，采用上述拓扑后，直流自耦变压器所使用的换流器总容量可大大低于常规的直流-交流-直流变换技术。然而，现有的直流自耦变压器拓扑结构主要适用于工频(例如50Hz或60Hz)运行场合，存在着所使用的交流变压器体积大，重量大的缺陷，使得现有的直流自耦变压器技术不适合应用于对占地面积和重量有严格限制的场合。为了降低直流自耦变压器的体积和重量，可以将直流变压器运行于中频频率(例如500Hz)，从而可以将交流变压器的占地面积和重量缩小至工频条件下的10％左右，大大降低直流自耦变压器的体积和重量，但将现有的直流自耦变压器运行于中频频率存在如下缺陷：现有的直流自耦变压器技术所包含的交流变压器数量较少，若将现有直流自耦变压器技术运行于中频频率则每个中频交流变压器的容量太高，将因材料限制难以被成功制造。现有的常规隔离型中频直流-直流变换器由于运行于中频频率，可以减小交流变压器的体积和重量，由于采用模块化串、并联拓扑，可以降低对每个中频交流变压器容量的要求，但是常规隔离型中频直流-直流变换器技术需要经过直流-交流-直流变换，所使用换流器总容量为额定传输功率的2倍，存在使用的换流器容量大、运行损耗高的缺陷。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种模块化中频直流-直流自耦变压器，其目的在于，改进现有直流-直流自耦变压器的运行于中频频率对变压器单体容量要求高，难以被成功制造，以及现有中频直流-直流变换器所使用的换流器总容量大的技术问题，采用模块式结构从而降低了对中频变压器单体容量的需求，同时借鉴了直流-直流自耦变压器的技术从而降低了对换流器总容量的需求。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种中频直流-直流自耦变压器，用于实现电压等级不同的第一直流系统和第二直流系统之间的功率传输，该变压器包括第一换流器组、第二换流器组和第三换流器组，其中，第一换流器组的正极和第二直流系统的正极相联接，第一换流器组的负极和第二换流器组的正极相联接，第二换流器组的负极和第三换流器组的正极相联接，第三换流器组的负极和第二直流系统的负极相联接，第二换流器组的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，所述第一换流器组～第三换流器组分别由多个功率单元串联而成，每个功率单元经其中频交流变压器联接至公共交流母线。优选地，所述第二换流器组进一步地由第二换流器正极组和第二换流器负极组串联而得，第二换流器正极组的负极和第二换流器负极组的正极相联接，联接点处同时接地。优选地，第二换流器正极组和第二换流器负极组的联接点还经过金属回线(10)与第一直流系统或第二直流系统的中性点相联接。按照本专利技术的另一方面，提供了一种中频直流-直流自耦变压器，用于实现电压等级不同的第一直流系统和第二直流系统之间的功率传输，该中频直流-直流自耦变压器包括第一换流器组和第二换流器正极组，第一换流器组的正极和第二直流系统的正极相联接，第一换流器组的负极和第二换流器正极组的正极相联接，第二换流器正极组的负极和第二直流系统的负极相联接，第二换流器正极组的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，所述第一换流器组和第二换流器正极组分别由多个功率单元串联而成，每个功率单元经中频交流变压器联接至公共交流母线。按照本专利技术的另一方面，提供了一种中频直流-直流自耦变压器，用于实现电压等级不同的第一直流系统和第二直流系统之间的功率传输，该中频直流-直流自耦变压器包括第二换流器负极组和第三换流器组，第二换流器负极组的正极和第二直流系统的正极相联接，第二换流器负极组的负极和第三换流器组的正极相联接，第三换流器组的负极和第二直流系统的负极相联接，第二换流器负极组的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，所述第二换流器负极组和第三换流器组分别由多个功率单元串联而成，每个功率单元经中频交流变压器联接至公共交流母线。优选地，公共交流母线可以采用但不局限于单母线、双母线、单母线分段的接线方式。优选地，所述中频交流变压器可以采用硅钢片铁芯，铁氧体磁芯或非晶硅磁芯。优选地，所述的功率单元可以为两电平电压源型换流器、箝位型三电平电压源型换流器、或模块化多电平换流器和其他交直流转换装置。优选地，所有换流器组中，一部分换流器组用于控制公共交流母线的频率和交流电压，另一部分换流器组用于控制第一直流系统和第二直流系统之间传输的直流功率。优选地，同第二直流系统直接联接的换流器组中的部分功率模块可由具备阻断直流故障电流能力的子模块替代，用于当第二直流系统发生直流故障时阻断第一直流系统向第二直流系统故障点提供短路电流的通路，从而隔离第二直流系统直流故障。优选地，同第二直流系统直接联接的换流器组的功率单元中MMC子模块数量可被额外增加，用于提高换流器组触发脉冲闭锁时的反向耐压，防止同第二直流系统直接联接的换流器组在第一直流系统发生直流故障时因过电压而损毁。按照本专利技术的另一方面，提供了一种用于实现上述中频直流-直流自耦变压器的换流器组中各个功率单元间直流电压均衡的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)测量换流器组中所有功率单元的直流电压，并取其最大值与各功率单元的直流电压之间的差值；(2)使用调节器对步骤(1)获得的差值进行处理，并将处理后的值作为对应功率单元的d轴电流指令值附加量；(3)用功率单元的常规d轴电流指令值同该d轴电流指令值附加量进行叠加，以得到最终的d轴电流指令值。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中频直流‑直流自耦变压器，用于实现电压等级不同的第一直流系统(7)和第二直流系统(8)之间的功率传输，其特征在于，该变压器包括第一换流器组(1)、第二换流器组(2)和第三换流器组(3)，其中，第一换流器组(1)的正极和第二直流系统(8)的正极相联接，第一换流器组(1)的负极和第二换流器组(2)的正极相联接，第二换流器组(2)的负极和第三换流器组(3)的正极相联接，第三换流器组(3)的负极和第二直流系统(8)的负极相联接，第二换流器组(2)的正极和负极分别与第一直流系统(7)的正极和负极相联接，所述第一换流器组(1)～第三换流器组(3)分别由多个功率单元串联而成，每个功率单元经其中频交流变压器(5)联接至公共交流母线(6)。

【技术特征摘要】
1.一种中频直流-直流自耦变压器，用于实现电压等级不同的第一直流系统(7)和第二直流系统(8)之间的功率传输，其特征在于，该变压器包括第一换流器组(1)、第二换流器组(2)和第三换流器组(3)，其中，第一换流器组(1)的正极和第二直流系统(8)的正极相联接，第一换流器组(1)的负极和第二换流器组(2)的正极相联接，第二换流器组(2)的负极和第三换流器组(3)的正极相联接，第三换流器组(3)的负极和第二直流系统(8)的负极相联接，第二换流器组(2)的正极和负极分别与第一直流系统(7)的正极和负极相联接，所述第一换流器组(1)～第三换流器组(3)分别由多个功率单元串联而成，每个功率单元经其中频交流变压器(5)联接至公共交流母线(6)。2.根据权利要求1所述的中频直流-直流自耦变压器，其特征在于，所述第二换流器组(2)进一步地由第二换流器正极组(2P)和第二换流器负极组(2N)串联而得，第二换流器正极组(2P)的负极和第二换流器负极组(2N)的正极相联接，联接点处同时接地。3.根据权利要求2所述的中频直流-直流自耦变压器，其特征在于，第二换流器正极组(2P)和第二换流器负极组(2N)的联接点还经过金属回线(10)与第一直流系统(7)或第二直流系统(8)的中性点相联接。4.一种中频直流-直流自耦变压器，用于实现电压等级不同的第一直流系统(7)和第二直流系统(8)之间的功率传输，其特征在于，该中频直流-直流自耦变压器包括第一换流器组(1)和第二换流器正极组(2P)，第一换流器组(1)的正极和第二直流系统(8)的正极相联接，第一换流器组(1)的负极和第二换流器正极组(2P)的正极相联接，第二换流器正极组(2P)的负极和第二直流系统(8)的负极相联接，第二换流器正极组(2P)的正极和负极分别与第一直流系统(7)的正极和负极相联接，所述第一换流器组(1)和第二换流器正极组(2P)分别由多个功率单元串联而成，每个功率单元经中频交流变压器(5)联接至公共交流母线(6)。5.一种中频直流-直流自耦变压器，用于实现电压等级不同的第一直流系统(7)和第二直流系统(8)之间的功率传输，其特征在于，该中频直流-直流自耦变压器包括第二换流器负极组(2N)和第三换流器组(3)，第二换流器负极组(2N)的正极和第二直流系统(8)的正极相联接，第二换流器负极组(2N)的负极和第三换流器组(3)的正极相联接，第三换...

【专利技术属性】
技术研发人员：林卫星，左文平，文劲宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42