用于直流升压汇集的高压直流变压器预充电电路及方法技术

本发明专利技术涉及一种用于直流升压汇集的高压直流变压器预充电电路及方法，其包括：第一隔离开关，设置在高压直流变压器的高压直流正向端口二极管阀组侧，与高压直流正向端口二极管阀组并联；第二隔离开关，设置在高压直流变压器的高压直流负向端口二极管阀组侧，与高压直流负向端口二极管阀组并联；中压侧预充电与启动增配电路，设置在高压直流变压器的中压侧，用于承受中压直流电压，实现连续地向中压直流传输启动功率。本发明专利技术可显著降低器件数目和成本，能够实现三相波形交错，保证连续输入输出电流；可以在高压直流变换器领域中应用。可以在高压直流变换器领域中应用。可以在高压直流变换器领域中应用。

【技术实现步骤摘要】
用于直流升压汇集的高压直流变压器预充电电路及方法


[0001]本专利技术涉及一种高压直流变换器
，特别是关于一种用于直流升压汇集的高压直流变压器预充电电路及控制方法。

技术介绍

[0002]基于直流汇集与直流送出的方案具有电能变换环节少、系统损耗小等技术优势，成为了近年来的研究热点。
[0003]高压直流变压器作为直流升压汇集系统的核心装备，需同时耐受高压侧的电压应力和中压侧大电流应力。现有文献中公开的一类采用子模块桥臂、晶闸管阀和二极管阀构成的混合型高压直流变压器，利用多个子模块桥臂并联在中压直流端口均分大电流应力，再串联在高压直流端口承担高电压应力，晶闸管阀和二极管阀辅助子模块桥臂实现并联和串联的换流。相较于传统直流变压器子模块桥臂电流应力低、效率较高，无需交流变压器或高压滤波电感等磁性元件，体积重量小，且具备直流端口短路故障阻断能力。但该直流变压器仅可实现功率从中压端口到高压端口的单向传输，无法实现新能源系统的启动充电。若在每个换流阀上额外并联反向器件，虽可实现功率反向传输，但代价是显著增加了器件成本。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种用于直流升压汇集的高压直流变压器预充电电路及方法，其能实现变压器功率的反向传输，相较于在每一个换流阀反并联器件，可显著降低器件数目和成本。同时，能够实现三相波形交错，保证连续输入输出电流。
[0005]为实现上述目的，第一方面，本专利技术采取以下技术方案：一种用于直流升压汇集的高压直流变压器预充电电路，其包括：第一隔离开关，设置在高压直流变压器的高压直流正向端口二极管阀组侧，与高压直流正向端口二极管阀组并联；第二隔离开关，设置在高压直流变压器的高压直流负向端口二极管阀组侧，与高压直流负向端口二极管阀组并联；中压侧预充电与启动增配电路，设置在高压直流变压器的中压侧，用于承受中压直流电压，实现连续地向中压直流传输启动功率。
[0006]进一步，高压直流变压器包括并联的若干正极基本单元电路和若干负极基本单元电路；每个基本单元电路都包括一个由N个半桥子模块级联构成的半桥桥臂、一个由N个全桥子模块级联构成的全桥桥臂以及一个晶闸管阀组和二极管阀组。
[0007]进一步，中压侧预充电与启动增配电路包括第一晶闸管阀组、第二晶闸管阀组、第三隔离开关、限流电阻和晶闸管；第一晶闸管阀组与中压直流正极串联，第二晶闸管阀组与中压直流负极串联；第三隔离开关的一端与中压端口的正极线路连接，第三隔离开关的另一端与限流电阻的一端串联；限流电阻的另一端与中压端口的负极线路连接；晶闸管与紧邻的第一个正极基本单元电路中的晶闸管阀组反向并联。
[0008]第二方面，本专利技术采取以下技术方案：一种用于直流升压汇集的高压直流变压器
预充电电路控制方法，其特征在于，该控制方法基于上述高压直流变压器预充电电路实现，该控制方法包括：充电阶段和传输启动功率阶段；在充电阶段，高压端口向直流变压器子模块电容充电，将电容电压充至额定值；在传输启动功率阶段，高压电网经由直流变压器将启动功率传输至中压新能源系统；待新能源系统开始发电后，直流变压器再正常运行将功率由中压系统传输至高压电网。
[0009]进一步，在充电阶段，包括不控充电和可控充电两个阶段；不控充电初始状态，子模块中的电容不带电，子模块中的IGBT呈闭锁状态；首先闭合第三隔离开关，使所有桥臂呈串联连接；闭合第一隔离开关和第二隔离开关，高压端口经由各子模块反并联二极管直接向电容充电，通过限流电阻限制浪涌电流尖峰，高压直流变压器基本单元电路中所有子模块均分高压端口电压；可控充电阶段，解锁子模块中的IGBT；通过不控充电阶段中电流为恒定的充电电流，将电容电压逐渐充至额定值；当所有相电路的子模块电容电压均充至额定值后，可控充电阶段结束，断开第三隔离开关，保持第一隔离开关和第二隔离开关闭合。
[0010]进一步，在传输启动功率阶段，采用三相平顶波电流交错120
º
的运行控制方法，使高压直流和中压直流端口电流为平滑、连续。
[0011]进一步，在桥臂充电阶段，触发第一晶闸管阀组和第二闸管阀组，第一个正极基本单元电路中全桥桥臂输出零电压，其他所有桥臂串联接入高压端口充电，在电流降为0后，调高各桥臂电压使第一晶闸管阀组和第二闸管阀组承受反压关断；在桥臂放电阶段，触发晶闸管阀，使除第一个正极基本单元电路中全桥桥臂之外的所有桥臂串联接入高压端口放电，在电流降为0之后，调小各桥臂电压使晶闸管阀承受反压而关断。
[0012]进一步，充电阶段桥臂从高压侧吸收的功率与放电阶段桥臂向高压侧释放的功率相等，确保了桥臂能量平衡，实现连续地向中压直流传输启动功率。
[0013]第三方面，本专利技术采取以下技术方案：一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述方法中的任一方法。
[0014]第四方面，本专利技术采取以下技术方案：一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法中的任一方法的指令。
[0015]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、针对
技术介绍
中现有的混合型高压直流变压器，为使其具备功率反向传输能力，同时尽可能地减少器件数目，本专利技术采用增设较少数目反向通流的晶闸管和隔离开关，实现变压器功率的反向传输，相较于在每一个换流阀反并联器件，可显著降低器件数目和成本。
[0016]2、针对桥臂子模块的充电以及反向功率传输时的桥臂能量平衡问题，本专利技术采用的控制方法能够实现三相波形交错，保证连续输入输出电流，实现高压端口向中压端口连续传输启动功率，无需在直流侧安装滤波器，实现直流变压器的轻量化设计。
附图说明
[0017]图1是本专利技术一实施例中通过高压端口启动的相电路结构示意图；图2是本专利技术一实施例中的桥臂充电阶段电流路径图；
图3是本专利技术一实施例中的启动阶段各端口相电流的运行波形及换流阀门极驱动信号；图4是本专利技术一实施例中的中压直流启动控制方法桥臂充电阶段电流路径图；图5是本专利技术一实施例中的中压直流启动控制方法桥臂放电阶段电流路径图。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于直流升压汇集的高压直流变压器预充电电路，其特征在于，包括：第一隔离开关，设置在高压直流变压器的高压直流正向端口二极管阀组侧，与高压直流正向端口二极管阀组并联；第二隔离开关，设置在高压直流变压器的高压直流负向端口二极管阀组侧，与高压直流负向端口二极管阀组并联；中压侧预充电与启动增配电路，设置在高压直流变压器的中压侧，用于承受中压直流电压，实现连续地向中压直流传输启动功率。2.如权利要求1所述用于直流升压汇集的高压直流变压器预充电电路，其特征在于，高压直流变压器包括并联的若干正极基本单元电路和若干负极基本单元电路；每个基本单元电路都包括一个由N个半桥子模块级联构成的半桥桥臂、一个由N个全桥子模块级联构成的全桥桥臂以及一个晶闸管阀组和二极管阀组。3.如权利要求1所述用于直流升压汇集的高压直流变压器预充电电路，其特征在于，中压侧预充电与启动增配电路包括第一晶闸管阀组、第二晶闸管阀组、第三隔离开关、限流电阻和晶闸管；第一晶闸管阀组与中压直流正极串联，第二晶闸管阀组与中压直流负极串联；第三隔离开关的一端与中压端口的正极线路连接，第三隔离开关的另一端与限流电阻的一端串联；限流电阻的另一端与中压端口的负极线路连接；晶闸管与紧邻的第一个正极基本单元电路中的晶闸管阀组反向并联。4.一种用于直流升压汇集的高压直流变压器预充电电路控制方法，其特征在于，该控制方法基于如权利要求1至3任一项所述高压直流变压器预充电电路实现，该控制方法包括：充电阶段和传输启动功率阶段；在充电阶段，高压端口向直流变压器子模块电容充电，将电容电压充至额定值；在传输启动功率阶段，高压电网经由直流变压器将启动功率传输至中压新能源系统；待新能源系统开始发电后，直流变压器再正常运行将功率由中压系统传输至高压电网。5.如权利要求4所述控制方法，其特征在于，在充电阶段，包括不控充电和可控充电两个阶段；不控充电初始状态，子模块中的电容不带电，子模块中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭铭群，李晖，蒋维勇，王智冬，索之闻，刘增训，王菲，李彬彬，陈珂，拾扬，曾萍，邹欣，陈启超，傅诗琪，佟宇梁，薛振宇，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网江西省电力有限公司国网江西省电力有限公司吉安供电分公司，
类型：发明
国别省市：