本发明专利技术公开了一种基于变压器耦合的组合式模块化多电平换流器型直流变压器，包括个数均相同的高压侧模块化多电平换流器、隔离变压器和低压侧模块化多电平换流器；各高压侧模块化多电平换流器串联连接，每个高压侧模块化多电平换流器的直流侧均并联有电容；低压侧模块化多电平换流器采用串联方式连接时，所述低压侧模块化多电平换流器的直流侧均并联有电容，并联方式连接时，则不需要并联电容；每个高压侧模块化多电平换流器通过隔离变压器与相应低压侧模块化多电平换流器连接。本发明专利技术可以实现高性能的高压大功率直流电压等级变换，提高直流变压器的电压等级、传输能力、结构上的灵活性和功能上的可扩展性，还可以降低控制策略的难度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于变压器耦合的组合式模块化多电平换流器型直流变压器，包括个数均相同的高压侧模块化多电平换流器、隔离变压器和低压侧模块化多电平换流器；各高压侧模块化多电平换流器串联连接，每个高压侧模块化多电平换流器的直流侧均并联有电容；低压侧模块化多电平换流器采用串联方式连接时，所述低压侧模块化多电平换流器的直流侧均并联有电容，并联方式连接时，则不需要并联电容；每个高压侧模块化多电平换流器通过隔离变压器与相应低压侧模块化多电平换流器连接。本专利技术可以实现高性能的高压大功率直流电压等级变换，提高直流变压器的电压等级、传输能力、结构上的灵活性和功能上的可扩展性，还可以降低控制策略的难度。【专利说明】—种基于变压器耦合的组合式MMC型直流变压器
本专利技术属于电力设备
，具体涉及一种基于变压器耦合的组合式模块化多电平换流器型直流变压器。
技术介绍
随着直流电网概念的提出，对新一代电网的构想已有阶段性的成果。现在国内外已经有不少高压直流输电线路投入实际运行，所以直流电网具有巨大的推广前景。直流变压器是构建直流电网的关键设备，一般直流电网涉及的电压等级较高、功率较大，因此，研究并开发可应用于高压大功率场合的直流变压器具有重要意义。 目前，模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,简称MMC)已经在高压直流输电系统中得到了较好的应用。模块化多电平换流器与传统两电平、三电平拓扑不同，其桥臂避免了开关器件的直接串联，不存在器件均压等问题，采用一般市售的开关器件即可；通过改变子模块个数即可适应不同电压和功率等级的要求；其交流输出为多电平阶梯波，大大减小了谐波含量，可以不用或使用较小的滤波器；模块化结构便于冗余设计，提高了系统的可靠性。所以相对两电平、三电平VSC，模块化多电平换流器在高压大功率场合下具有明显的优势。 随着电压和容量等级的不断提高，模块化多电平换流器上下桥臂需要串联更多的子模块来适应更高的电压等级。同时，还需要使用具有更高过流能力的电力电子器件来满足容量的增大。多电平换流器子模块数量的增加，无疑加重了子模块间均压控制的难度，也对模块化多电平变换器可靠性和稳定性的运行造成了威胁。而电力电子器件过流能力的增大，对现有的制造工艺提出了更高的要求，也会极大的增加其造价。所以模块化多电平变换器的应用仍受到许多限制，有许多困难亟待解决。 将模块化多电平换流器的技术直接应用到直流变压器中，无疑为直流电网的发展带来了极大的便利。在专利文献CN103731035A中公开了一种基于模块化多电平换流器拓扑结构的DC-DC变换器，这种DC-DC变换器输入、输出侧直接采用了模块化多电平变换器结构，中间用隔离变压器进行连接，该结构能够应对较高的电压等级。但随着电网发展，电压和容量等级的不断提高，模块化多电平变换器的子模块数量也会不断增加，这将导致模块化多电平变换器的控制策略越来越复杂，子模块均压也会更困难，并对该DC-DC变换器的工作性能造成威胁。另一方面，诚如该专利文献中描述，通常高压大功率的直流变压器中会含有隔离变压器，而直流变压器的整体参数决定了隔离变压器的相关参数。因此，高电压大功率对隔离变压器也有很大的考量，对其额定容量、绝缘要求、绕组方式等有很高的要求，其造价和工艺相对更高。
技术实现思路
为了改善上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于变压器耦合的组合式MMC型直流变压器，以实现高性能的高压大功率直流电压等级变换，提高直流变压器的电压等级、传输能力，结构上的灵活性，功能上的可扩展性，并降低控制策略的难度。 本专利技术提供的一种基于变压器耦合的组合式模块化多电平换流器型直流变压器，其特征在于，所述直流变压器包括高压侧模块化多电平换流器、隔离变压器和低压侧模块化多电平换流器；高压侧模块化多电平换流器、隔离变压器和低压侧模块化多电平换流器的个数均相同； 各所述高压侧模块化多电平换流器串联连接，每个所述高压侧模块化多电平换流器的直流侧均并联有电容；各所述低压侧模块化多电平换流器采用串联方式连接时，每个所述低压侧模块化多电平换流器的直流侧均并联有电容，多个所述低压侧模块化多电平换流器采用并联方式连接时，每个所述低压侧模块化多电平换流器的直流侧不需要并联电容；每个所述高压侧模块化多电平换流器通过隔离变压器与相应低压侧模块化多电平换流器连接。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于: 1、本专利技术提供的直流变压器两侧采用以模块化多电平换流器为基本单元的组合式结构，能根据实际应用场合灵活变换结构，通过改变本专利技术所提出直流变压器的高压侧模块化多电平换流器和低压侧模块化多电平换流器数量，以及低压侧模块化多电平换流器串联或者并联的连接方式，便能够方便的扩展电压等级和容量等级，提高直流变压器的适应性和可扩展性强。 2、本专利技术提供的直流变压器高压侧和低压侧每个模块化多电平换流器通过隔离变压器连接，所述隔离变压器间相互独立，从而降低了单台隔离变压器的耐压等级和额定容量。在应用于大功率系统时，能有效降低对隔离变压器的工艺要求和成本。同时，当低压侧模块化多电平换流器采用并联方式连接时，能够降低隔离变压器的变比，提高隔离变压器的工作效率，并能有效对变换器的输入输出侧进行电气隔离。 3、本专利技术提供的直流变压器与传统的模块化多电平换流器型直流变压器相比，用多个含有较少子模块的模块化多电平换流器代替一个含有大量子模块的模块化多电平换流器。在控制策略上看，能有效降低控制模块化多电平换流器的难度。 4、本专利技术提供的直流变压器不仅能提供模块化多电平换流器内部子模块的冗余，而且还能提供对模块化多电平换流器和隔离变压器的冗余保护，能够大大提高直流变压器运行的可靠性。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术提供的基于单相变压器耦合的组合式MMC型直流变压器拓扑图(低压侧采用串联方式)； 图2是本专利技术提供的基于单相变压器耦合的组合式MMC型直流变压器拓扑图(低压侧采用并联方式)； 图3是本专利技术提供的基于三相变压器耦合的组合式MMC型直流变压器拓扑图(低压侧采用串联方式)； 图4是本专利技术提供的基于三相变压器耦合的组合式MMC型直流变压器拓扑图(低压侧采用并联方式)； 图5是本专利技术提供的基于多相变压器耦合的组合式MMC型直流变压器拓扑图(低压侧采用串联方式)； 图6是本专利技术提供的基于多相变压器耦合的组合式MMC型直流变压器拓扑图(低压侧采用并联方式)。 【具体实施方式】 本专利技术将模块化多电平换流器的优点应用到直流变压器中，提出一种基于变压器耦合的组合式模块化多电平换流器型直流变压器。在保留模块化多电平换流器自身优点的前提下，通过对模块化多电平换流器进行串并联连接，实现直流变压器的直流变换功能，提高直流变压器的电压和容量等级；另一方面，利用提出的组合式结构，有效降低隔离变压器的单台额定容量以及变比大小，提高隔离变压器的效率，降低隔离变压器的工艺要求。 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于变压器耦合的组合式模块化多电平换流器型直流变压器，其特征在于，所述直流变压器包括高压侧模块化多电平换流器、隔离变压器和低压侧模块化多电平换流器；高压侧模块化多电平换流器、隔离变压器和低压侧模块化多电平换流器的个数均相同；各所述高压侧模块化多电平换流器串联连接，每个所述高压侧模块化多电平换流器的直流侧均并联有电容；各所述低压侧模块化多电平换流器采用串联方式连接时，每个所述低压侧模块化多电平换流器的直流侧均并联有电容，多个所述低压侧模块化多电平换流器采用并联方式连接时，每个所述低压侧模块化多电平换流器的直流侧不需要并联电容；每个所述高压侧模块化多电平换流器通过隔离变压器与相应低压侧模块化多电平换流器连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王丹，毛承雄，陆继明，田杰，黄辉，梁翔，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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