一种直流-直流固态变压器制造技术

本发明专利技术公开了一种直流-直流固态变压器，属于变压器技术领域，解决了现有的高压直流输电系统中电力分接装置体积重量大，无法实现高中低电压等级转换的技术问题。该直流-直流固态变压器包括：第一MMC换流阀，其一端为直流输入端，用于将直流输入端输入的直流电压逆变为第一交流电压后输出；变压单元，其输入与所述第一MMC换流阀的输出连接，用于对第一MMC换流阀输出的第一交流电压进行幅值变化为第二交流电压输出；第二MMC换流阀，其一端连接所述变压单元，另一端为直流输出端，用于将所述第二交流电压整流为直流电压后从直流输出端输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变压器
，具体的说，涉及一种直流-直流固态变压器。
技术介绍
高压直流输电（HVDC)技术通常用来从远距离的发电厂向用电设备传输大功率电 能，用于传输的输电线路通常是架空线路或者海底电缆，与传统交流输电系统相比，高压直 流输电系统成本更低，效率更高。 在高压直流输电系统中，经常存在两个不同电压等级的直流网需要互联，或在高 压直流输电系统沿线附近，需要将主干网电力传输给沿线直流网络的情形。交流输电系统 中，可以通过在电力传输线上加载电力变压器将电力分接至负载。但对于高压直流输电系 统，电力变压器无法传递直流电能，目前常见的解决方案是采用晶闸管器件串联，将直流电 能经串联晶闸管器件电路逆变为工频交流电压后，经工频电力变压器传递能量后再整流成 相应电压等级的直流电压，具有简单、价格低廉等优点。但是工频变压器体积和重量大，导 致换流站占地面积大，并且无法实现高中低电压等级转换。 因此，亟需一种应用于高压直流输电系统中的体积重量小，并且能够实现高中低 电压等级转换的电力分接装置。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种直流-直流固态变压器，以解决现有的高压直流 输电系统中电力分接装置体积重量大，无法实现高中低电压等级转换的技术问题。 本专利技术的实施例提供一种直流-直流固态变压器，包括： 第一 MMC换流阀，其一端为直流输入端，用于将直流输入端输入的直流电压逆变 为第一交流电压后输出； 变压单元，其输入与所述第一 MMC换流阀的输出连接，用于对第一 MMC换流阀输出 的第一交流电压进行幅值变化为第二交流电压输出； 第二MMC换流阀，其一端连接所述变压单元，另一端为直流输出端，用于将所述第 二交流电压整流为直流电压后从直流输出端输出。 所述直流-直流固态变压器还包括： 控制单元，其用于基于设定电压生成具有相角差的第一调制波和第二调制波，以 使得所述第一交流电压追踪所述第一调制波，所述第二交流电压追踪所述第二调制波，从 而使得第二MMC换流阀输出的直流电压追踪设定电压。 所述相角差是通过根据所述设定电压与所述第二MMC换流阀输出的直流电压的 差值经过调节器得到的。 所述相角差是通过根据所述设定电压与所述第二MMC换流阀输出的直流电压的 差值经过调节器得到的第一相角差叠加上根据所述第二MMC换流阀输出的功率在调节器 的作用下形成的第二相角差得到的。 所述变压单元包括：双绕组变压器，所述第一 MMC换流阀和所述第二MMC换流阀包 括两个桥臂，所述桥臂的中点分别连接所述双绕组变压器原边或副边的两极。 变压单元包括：三个双绕组变压器， 所述第一 MMC换流阀和所述第二MMC换流阀包括三个桥臂，所述桥臂的中点依次 与所述三个双绕组变压器中每个双绕组变压器原边或副边的一极连接，所述三个双绕组变 压器原边或副边的另一极相互连接。 所述桥臂包括上、下两个半桥，所述半桥包括： 级联的η个子模块SM ; 电抗器，连接在第η个子模块SM上，用于提供环流阻抗以限制相间环流。 所述控制单元包括： 采集模块，其用于采集所述第二MMC换流阀输出的直流电压和输出功率； 系统控制模块，其用于根据所述设定电压以及所述第二MMC换流阀输出的直流电 压和输出功率生成具有相角差的所述第一调制波和所述第二调制波； 第一换流阀控制模块，其用于根据所述第一调制波形成用于控制第一 MMC换流阀 的第一脉冲信号，将所述第一脉冲信号输出给第一 MMC换流阀，使所述第一交流电压追踪 所述第一调制波； 第二换流阀控制模块，其用于根据所述第二调制波形成用于控制第二MMC换流阀 的第二脉冲信号，将所述第二脉冲信号输出给第二MMC换流阀，使所述第二交流电压追踪 所述第二调制波。 所述第一换流阀控制模块和所述第二换流阀控制模块包括：导通数计算子模块， 其用于计算上一时刻桥臂内导通的上、下半桥子模块SM的个数，以及当前时刻桥 臂的直流输入平均电压， 并根据表达式D = modlev + 2 - m计算区别系数D，其中，modlev为第一调制波 电压或第二调制波电压与直流平均电压的比值，m为桥臂内上一时刻下半桥子模块SM的导 通数， 若区别系数大于0. 5,则对下半桥子模块SM导通数加1，上半桥子模块SM导通数 减1， 进而判断下半桥子模块SM导通数是否小于子模块SM的总数，若小于，则通过电压 排序子函数和桥臂子模块导通子函数计算出当前时刻桥臂子模块SM的导通数； 若区别系数小于-0. 5,则对上半桥子模块SM导通数加1，下半桥子模块SM导通 数减1， 进而判断下半桥子模块SM导通数是否小于子模块SM的总数，若小于，则通过电压 排序子函数和桥臂子模块导通子函数计算出当前时刻桥臂子模块SM的导通数。 所述第一换流阀控制模块和所述第二换流阀控制模块还包括：脉冲信号生成子模 块， 其用于当子模块SM的导通数等于η时，生成用于导通桥臂内所有子模块SM的脉 冲信号，其中，η为子模块SM的总数； 当子模块SM的导通数等于0时，生成用于关断桥臂内所有子模块SM的脉冲信号； 当桥臂电流大于0且子模块SM的导通数不等于0和η时，生成用于在桥臂内导通 相应数量的电压较低的子模块SM的脉冲信号； 若桥臂电流小于等于0且子模块SM的导通数不等于0和η时，生成用于在桥臂内 导通相应数量的电压较高的子模块SM的脉冲信号。 本专利技术实施例提供的直流-直流固态变压器，采用模块化多电平变换器进行电压 的逆变和整流，可以实现类似于交流变压器的直流电压等级转换，能量传输和电气隔离。并 且可以根据输入的直流电压等级进行模块数量配置，直接并联接入高压直流电网，无需改 变现有高压直流电网输电系统配置。输出端为级联式模块化多电平变流器拓扑，可以根据 输出电压进行模块数量配置。同时，输入端和输出端都采用相同的子模块，方便维护和冗余 设计。并且基于控制两个交流电压源之间的相角关系从而控制传输功率P的大小和方向 的原理，通过控制第一 MMC换流阀输出电压和第二MMC换流阀输入电压之间的相角差来稳 定第二MMC换流阀输出电压，使其达到设定的电压值，从而实现了输入直流电压和输出直 流电压间的高中低电压等级变化。相对于现有的晶闸管串联拓扑，本专利技术实施例提供的直 流-直流固态变压器体积小、重量轻，可靠性高，为不同电压等级的直流电网互联提供了一 个轻量化而可靠的解决方案。 本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利 要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。【附图说明】 为了更清楚的说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的 附图做简单的介绍： 图1是本专利技术实施例提供的直流-直流固态变压器示意图； 图2是本专利技术实施例提供的两桥臂结构直流-直流固态变压器示意图； 图3是本专利技术实施例提供的三桥臂结构直流-直流固态变压器示意图； 图4是本专利技术实施例提供的子模块SM电路图；...

【技术保护点】
一种直流‑直流固态变压器，其特征在于，包括：第一MMC换流阀，其一端为直流输入端，用于将直流输入端输入的直流电压逆变为第一交流电压后输出；变压单元，其输入与所述第一MMC换流阀的输出连接，用于对第一MMC换流阀输出的第一交流电压进行幅值变化为第二交流电压输出；第二MMC换流阀，其一端连接所述变压单元，另一端为直流输出端，用于将所述第二交流电压整流为直流电压后从直流输出端输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯江华，张志学，黄子昊，刘华东，南永辉，张定华，尚敬，梅文庆，张朝阳，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43