一种高压大容量直流变压器制造技术

本发明专利技术提供的一种高压大容量直流变压器，包括n个相同的输入端串联输出端串联的模块化DC‑DC单元，其中n为任意正整数；DC‑DC单元包括依次连接的输入侧接口电路、输入侧电容、直流变换器单元、输出侧电容和输出侧接口电路；输入侧接口电路和输出侧接口电路分别通过控制开关管导通状态调节输入侧电容和输出侧电容的直流电压始终与直流变换器单元中的变压器变比匹配。本发明专利技术通过使变压器两端直流电压与变压器变比始终匹配，并保证故障旁路，能够有效提高高压大容量直流变压器的效率和可靠性。

A high voltage and large capacity DC transformer

A high voltage and large capacity DC transformer is provided, including the modular DC DC unit n identical input series and output series, where n is an arbitrary positive integer DC; DC unit includes the input interface circuit, input capacitor, output DC converter unit, and capacitor the output side interface circuit; the input side and output side interface circuit interface circuit respectively controls the turn-on state to adjust the input DC voltage side capacitance and the output capacitor, and always transformer DC converter unit by. The invention can always match the DC voltage between the two ends of the transformer to the transformer ratio and ensure the bypass of the fault, so that the efficiency and reliability of the high-voltage and large capacity DC transformer can be effectively improved.

【技术实现步骤摘要】
一种高压大容量直流变压器
本专利技术属于电力
，涉及到固态变压器，尤其涉及适用于大容量高压直流输电(简称HVDC)的高压大容量直流变压器。
技术介绍
为了实现直流配电网高、中压直流配电母线与低压直流微电网母线或各种不同直流电压等级的负荷、储能系统和分布式发电的连接，直流变压器得到广泛的研究。对于大容量高压直流输电(简称HVDC)输电系统，由于是由不同的区域性高压直流电网构成，而这些不同的高压直流电网的电压等级也可能存在差异，因此需要通过高压DC-DC变换器将不同电压等级的高压直流电网互联，以实现高压直流电网的功率交换和潮流控制。但是现有高压DC-DC变换器在能量传输中，由于直流母线电压存在波动，使得两端直流电压与变压器不匹配，导致较大的环流，进而出现很大的电流应力，使得高压DC-DC变换器效率降低。另外，在直流母线发生故障或高压DC-DC变换器内部子单元发生故障时将会对整个高压DC-DC变换器的输入输出特性产生影响，甚至造成损坏，导致系统停止运行，可靠性较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种适用于大容量高压直流输电的高压大容量直流变压器，通过使变压器两端直流电压与变压器变比始终匹配，并保证故障旁路，能够有效提高高压大容量直流变压器的效率和可靠性。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种高压大容量直流变压器，包括n个相同的输入端串联输出端串联的模块化DC-DC单元，其中n为任意正整数；DC-DC单元包括依次连接的输入侧接口电路、输入侧电容、直流变换器单元、输出侧电容和输出侧接口电路；输入侧接口电路和输出侧接口电路分别通过控制开关管导通状态调节输入侧电容和输出侧电容的直流电压始终与直流变换器单元中的变压器变比匹配。进一步的，输入侧接口电路和输入侧电容间串接有输入侧限制电路，输出侧接口电路和输出侧电容间串接有输出侧限制电路，输入侧限制电路和输出侧限制电路分别用于限制输入侧接口电路和输出侧接口电路开关管开通和关断过程中电压和电流的上升率。进一步的，输入侧限制电路和输入侧限制电路均包括缓冲电容和缓冲电抗，缓冲电容通过二极管连接至缓冲电抗的对应侧接口电路连接侧；缓冲电容的正极还通过缓冲电阻连接至缓冲电抗的对应侧电容正极连接侧；缓冲电容的负极与对应侧电容负极连接。进一步的，输入侧接口电路和输出侧接口电路均包括相互串联的第一开关管和第二开关管，输入侧接口电路和输出侧接口电路分别通过轮流导通的第一开关管和第二开关管，在输入侧和输出侧分别输出占空比为D的脉冲电压。进一步的，第一开关管集电极与对应侧电容正极相连，第二开关管发射极与对应侧电容负极相连，第一开关管、第二开关管分别反向并联有二极管。进一步的，n个相同的输入端串联输出端串联的模块化DC-DC单元中，第一DC-DC单元的第一连接端子通过相互串联的直流电抗、第一开关器件、第二开关器件与输入侧高压源的正极相连；第一DC-DC单元的第三连接端子通过相互串联的直流电抗、第一开关器件、第二开关器件与输出侧高压源的正极相连；第二开关器件并联有缓启动电阻，第二开关器件通过开关开闭控制缓启动电阻接入电路。进一步的，n个相同的输入端串联输出端串联的模块化DC-DC单元中，第m+1台DC-DC单元的第一连接端子、第三连接端子分别与第m台DC-DC单元的第二连接端子、第四连接端子相连，1≤m<n；第n台DC-DC单元的第二连接端子与输入高压源的负极相连，第四连接端子T4与输出高压源的负极相连进一步的，直流变换器单元包括依次连接的输入电路、隔离变压器和输出电路，所述输入全桥电路和输出全桥电路均采用开关器件反向并联二极管的开关结构作为桥臂的H全桥结构或半桥结构。进一步的，n个相同的输入端串联输出端串联的模块化DC-DC单元中，相邻DC-DC单元在同一侧端口输出的脉冲电压之间具有120度的移相角。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提供的高压大容量直流变压器接口电路中的开关管均工作在PWM状态，能够实现输入侧电容和输出侧电容直流电压的调节，使得输入侧电容和输出侧电容的直流电压始终与直流变换器单元隔离变压器变比匹配，从而具有最高的效率。(2)相邻DC-DC单元在同一侧端口输出的脉冲电压之间具有120度的移相角，从而使得输入或输出串联端输出电压的开关频率是每个输入接口单元输出电压的n倍，从而可以减小输入HVDC端口的电流纹波。(3)在某一DC-DC单元发生故障时，通过开关管断开和闭合，将该故障DC-DC单元旁路；在HVDC端口1或HVDC端口2发生短路故障时，所有DC-DC单元开关管均断开；从而有效提高高压大容量直流变压器的可靠性。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1为本专利技术提供的高压大容量直流变压器拓扑结构图；图2为本专利技术提供的高压大容量直流变压器理想工作波形；图3为本专利技术提供的半桥结构直流变压器单元。具体实施方式以下基于实施例对本专利技术进行描述，但是本专利技术并不仅仅限于这些实施例。现在将参照附图更全面地描述示例实施例；然而，示例实施例可以以不同的形式被实现并且不应该被解释为限于在这里阐述的实施例。相反，这些实施例被提供以使本公开是全面的和完整的，并且将向本领域技术人员完全地传达示例性实施方式。相同的标号始终表示相同的元件。还将理解，当一个元件被称为在另一元件“之间”、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可以直接在另一元件之间、直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接”在另一元件“之间”、直接“连接到”或“结合到”另一元件时，不存在中间元件。如图1所示，本专利技术提供的一种高压大容量直流变压器，串接在HVDC端口1与HVDC端口2间，用于实现高压大容量直流变换和功率传输，包括n个相同的模块化的DC-DC单元：DC-DC单元1、DC-DC单元2、…子模块单元n，其中n为任意正整数，并且n个DC-DC单元输入端串联/并联、输出端串联/并联，比如可以采用输入端串联、输出端串联的形式，这样n个DC-DC单元输入端之和等于HVDC端口1电压，n个DC-DC单元输出端之和等于HVDC端口2电压。当然也可以采用输入端串联输出端并联等其他形式。灵活运用串联单元个数，合理选择可关断器件的耐压和通流能力，可设计出针对不同电压等级变换应用场合的直流变换器。为便于描述，以下仅以HVDC端口1输入、HVDC端口2输出的应用情况为例进行说明。同样可以适用于HVDC端口2输入、HVDC端口1输出的应用情况。其中，DC-DC单元1的第一连接端子T1通过相互串联的直流电抗L1，开关器件K11、K12与HVDC端口1的正极相连；开关器件K12并联有缓启动电阻R1，通过开关开闭控制缓启动电阻R1接入电路；类似的，DC-DC单元1的第三连接端子T3通过相互串联的直流电抗L2、开关器件K21、K22与HVDC端口2的正极相连；开关器件K22并联有缓启动电阻R2，通过开关开闭控制缓启动电阻R2接入电路。第m+1台DC-DC单元的第一连接端子T1、第三连接端子T3分别与第m台DC-DC单元的第二连接端子T2、第四连接端子T4相连，1≤m<n；第n台DC-DC单元的第二连接端子T2与HVDC端口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压大容量直流变压器，其特征在于：包括n个相同的输入端串联/并联、输出端串联/并联的模块化DC‑DC单元，其中n为任意正整数；所述DC‑DC单元包括依次连接的输入侧接口电路、输入侧电容、直流变换器单元、输出侧电容和输出侧接口电路；所述输入侧接口电路和输出侧接口电路分别通过控制开关管导通状态调节输入侧电容和输出侧电容的直流电压始终与直流变换器单元中的变压器变比匹配。

【技术特征摘要】
1.一种高压大容量直流变压器，其特征在于：包括n个相同的输入端串联/并联、输出端串联/并联的模块化DC-DC单元，其中n为任意正整数；所述DC-DC单元包括依次连接的输入侧接口电路、输入侧电容、直流变换器单元、输出侧电容和输出侧接口电路；所述输入侧接口电路和输出侧接口电路分别通过控制开关管导通状态调节输入侧电容和输出侧电容的直流电压始终与直流变换器单元中的变压器变比匹配。2.根据权利要求1所述的一种高压大容量直流变压器，其特征在于：所述输入侧接口电路和输入侧电容间串接有输入侧限制电路，所述输出侧接口电路和输出侧电容间串接有输出侧限制电路，所述输入侧限制电路和输出侧限制电路分别用于限制所述输入侧接口电路和输出侧接口电路开关管开通和关断过程中电压和电流的上升率。3.根据权利要求2所述的一种高压大容量直流变压器，其特征在于：所述输入侧限制电路和输入侧限制电路均包括缓冲电容和缓冲电抗，所述缓冲电容通过二极管连接至缓冲电抗的对应侧接口电路连接侧；所述缓冲电容的正极还通过缓冲电阻连接至缓冲电抗的对应侧电容正极连接侧；所述缓冲电容的负极与对应侧电容负极连接。4.根据权利要求1所述的一种高压大容量直流变压器，其特征在于：所述输入侧接口电路和输出侧接口电路均包括相互串联的第一开关管和第二开关管，输入侧接口电路和输出侧接口电路分别通过轮流导通的第一开关管和第二开关管，在输入侧和输出侧分别输出占空比为D的脉冲电压。5.根据权利要求4所述的一种高压大容量直流变压器，其特征在于：所述第一开关管集电极与对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彪，宋强，曾嵘，李建国，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11