一种变比可配置的组合型直流变压器、设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种变比可配置的组合型直流变压器、设计方法及系统包括，据直流变压器高压作业环境需求，设计谐振开关电容模块；根据用户需求直流变压器变比，确定待组合谐振开关电容模块数量、连接方式以及组合方式；根据待组合谐振开关电容模块数量、连接方式以及组合方式以及谐振开关电容模块建立变比配置后的直流变压器。本发明专利技术可以灵活通过改变模块数量、器件串联个数和组合方式适用于不同用户需求下的不同应用场景。求下的不同应用场景。求下的不同应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种变比可配置的组合型直流变压器、设计方法及系统


[0001]本专利技术涉及直流变压器变比配置
，尤其涉及一种变比可配置的组合型直流变压器、设计方法及系统。

技术介绍

[0002]现有的新能源接入方式主要有交流汇集
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交流送出、交流汇集
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直流送出以及直流汇集
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直流送出三种形式。交流汇集
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交流送出、交流汇集
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直流送出为目前新能源的主流接入形式。但当大规模新能源采用这两种形式接入弱交流电网时，对电网的承载力和稳定性带来严峻挑战，相比于另外两种并网技术，直流汇集
‑
直流送出技术(即新能源纯直流接入技术)仅需要维持直流电压稳定即可实现全网稳定，控制目标单一，响应速度快，是解决新能源接入、实现新一代电力系统的有益探索。
[0003]新能源直流电网往往需经过多级直流升压方可将新能源电能送出，中低压直流变压器技术已有一定的研究和应用，但尚无针对规模化新能源直流汇集针对性的开展研究。一方面，新能源规模化汇集的直流变压器可以仅具有单向功率流动和单端电压控制能力，现有拓扑主要为双向拓扑，故成本较高；另一方面，新能源大规模汇集，为满足远距离汇集需求，输出直流电压为几百千伏的高电压等级，现有拓扑主要针对10kV电压等级及其以下应用，对于数百千伏以上电压等级，现有拓扑模块数、变压器数众多，成本、体积、效率和可靠性尚不能满足大规模新能源直流汇集需求。
[0004]高压直流变压器暂无工程化应用，现有ISOP、多电平、MMC、方案直接应用于高压场合存在模块数多，隔离变压器数多，成本高昂、体积大、效率低、可靠性较低，不仅影响直流变压器自身的推广应用，还严重阻碍了新能源直流接入系统的推广和应用。综上所述，现亟需开展新型低成本、高功率密度、高效率、高可靠性的高压直流变压器。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术提供了一种变比可配置的组合型直流变压器、设计方法及系统，能够解决
技术介绍
中提到的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案，一种变比可配置的组合型直流变压器，其特征在于：包括至少两个交错并联型高压变换模块，
[0009]所述交错并联型高压变换模块包括至少两个高压变换模块，所述交错并联型高压变换模块由至少两个高压变换模块并联组成；
[0010]所述高压变换模块包括至少两个谐振开关电容模块，所述高压变换模块由至少两个谐振开关电容模块串联组成；
[0011]所述至少两个交错并联型高压变换模块进行级联组成直流变压器。
[0012]作为本专利技术所述的变比可配置的组合型直流变压器的一种优选方案，其中：所述谐振开关电容模块包括，
[0013]记二极管或/和二极管串联阀统为二极管桥臂，记晶闸管或/和晶闸管串联阀统为晶闸管桥臂；
[0014]所述谐振开关电容模块由一组含有反并联二极管桥臂的晶闸管桥臂、直流电容以及谐振支路组成；
[0015]所述晶闸管桥臂包含辅助均压支路，所述辅助均压回路用于器件均压以及晶闸管桥臂可靠关断，所述辅助均压回路由至少一个电容和至少一个电阻构成；
[0016]所述谐振支路通过谐振电感和谐振电容组成的能量传输路径在直流电容和输入侧之间交换能量。
[0017]作为本专利技术所述的变比可配置的组合型直流变压器的一种优选方案，其中：所述高压变换模块包括，
[0018]所述的高压变换模块由至少两个谐振开关电容模块以及输入侧的一组晶闸管桥臂组成；
[0019]所述的至少两个谐振开关电容模块的直流电容和输入侧串联同时支撑输出侧电压，当输出侧的电压为n+1倍的输入电压时，则所述至少两个谐振开关电容模块以及输入侧的一组晶闸管桥臂组成的高压变换模块变比为n+1。
[0020]作为本专利技术所述的变比可配置的组合型直流变压器的一种优选方案，其中：还包括，
[0021]建立n
I
个高压变换模块，并分别将所述n
I
个高压变换模块的输入侧进行并联、输出侧进行并联，构成交错并联结构的高压变换模块；
[0022]当构成交错并联结构的高压变换模块时，n
I
个所述的高压变换模块中电流应力以及电容电压纹波与未进行交错并联的高压变换模块降低；
[0023]建立n
s
个交错并联结构的高压变换模块，并分别将所述n
s
个交错并联结构的高压变换模块的输入侧和输出侧相串联，组合成为高变比直流变压器。
[0024]作为本专利技术所述的变比可配置的组合型直流变压器的一种优选方案，其中：还包括，
[0025]建立n
s
个所述的交错并联高压变换模块，并分别将所述n
s
个交错并联结构的高压变换模块的输入侧和输出侧相串联，进行n
s
级变换，若高压变换模块的变比为n+1，则高压变换模块串联后的变比为构成了变比为的直流变压器，所述n
I
以及n
s
由用户需求变比确定。
[0026]作为本专利技术所述的变比可配置的组合型直流变压器的一种优选方案，其中：所述高压变换模块还包括，
[0027]当低压侧向高压侧传输能量，且所有的偶数次序的开关触发时，输入侧的第二个下晶闸管桥臂导通，此时谐振电容的电压小于输入侧电容电压，且谐振开关电容模块的第二个右晶闸管桥臂的反并联二极管承受正向压降导通，谐振支路经由晶闸管桥臂和二极管桥臂和输入侧构成谐振回路
[0028]若谐振电容吸收能量，则电压上升，且谐振电流谐振回到0，此时晶闸管桥臂自然
关断。
[0029]作为本专利技术所述的变比可配置的组合型直流变压器的一种优选方案，其中：所述高压变换模块还包括，
[0030]当低压侧向高压侧传输能量，且谐振支路的谐振电容电压吸收能量电压上升时，谐振电容的电压大于输入侧电容电压，此时第二个下晶闸管桥臂正处于反向恢复阶段，二极管桥臂和晶闸管桥臂均有均压支路，谐振支路经由均压支路和输入侧构成了反向谐振回路；
[0031]当电路参数满足过阻尼条件时，反向谐振单调衰减，电流反向谐振电流经第二个下晶闸管桥臂的反向并联二极管均压支路，此时第二个下晶闸管桥臂上被施加恒定的反向电压；
[0032]当施加反向电压的时间大于第二个下晶闸管桥臂的关断时间时，第二个下晶闸管桥臂可靠关断。
[0033]作为本专利技术所述的变比可配置的组合型直流变压器的一种优选方案，其中：所述高压变换模块还包括，
[0034]当低压侧向高压侧传输能量，且所有的奇数次序的开关触本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变比可配置的组合型直流变压器，其特征在于：包括至少两个交错并联型高压变换模块，所述交错并联型高压变换模块包括至少两个高压变换模块，所述交错并联型高压变换模块由至少两个高压变换模块并联组成；所述高压变换模块包括至少两个谐振开关电容模块，所述高压变换模块由至少两个谐振开关电容模块串联组成；所述至少两个交错并联型高压变换模块进行级联组成直流变压器。2.如权利要求1所述的变比可配置的组合型直流变压器，其特征在于：所述谐振开关电容模块包括，记二极管或/和二极管串联阀统为二极管桥臂，记晶闸管或/和晶闸管串联阀统为晶闸管桥臂；所述谐振开关电容模块由一组含有反并联二极管桥臂的晶闸管桥臂、直流电容以及谐振支路组成；所述晶闸管桥臂包含辅助均压支路，所述辅助均压回路用于器件均压以及晶闸管桥臂可靠关断，所述辅助均压回路由至少一个电容和至少一个电阻构成；所述谐振支路通过谐振电感和谐振电容组成的能量传输路径在直流电容和输入侧之间交换能量。3.如权利要求2所述的变比可配置的组合型直流变压器，其特征在于：所述高压变换模块包括，所述的高压变换模块由至少两个谐振开关电容模块以及输入侧的一组晶闸管桥臂组成；所述的至少两个谐振开关电容模块的直流电容和输入侧串联同时支撑输出侧电压，当输出侧的电压为n+1倍的输入电压时，则所述至少两个谐振开关电容模块以及输入侧的一组晶闸管桥臂组成的高压变换模块变比为n+1。4.如权利要求1所述的变比可配置的组合型直流变压器，其特征在于：还包括，建立n
I
个高压变换模块，并分别将所述n
I
个高压变换模块的输入侧进行并联、输出侧进行并联，构成交错并联结构的高压变换模块；当构成交错并联结构的高压变换模块时，n
I
个所述的高压变换模块中电流应力以及电容电压纹波与未进行交错并联的高压变换模块降低；建立n
s
个交错并联结构的高压变换模块，并分别将所述n
s
个交错并联结构的高压变换模块的输入侧和输出侧相串联，组合成为高变比直流变压器。5.如权利要求4所述的变比可配置的组合型直流变压器，其特征在于：还包括，建立n
s
个所述的交错并联高压变换模块，并分别将所述n
s
个交错并联结构的高压变换模块的输入侧和输出侧相串联，进行n
s
级变换，若高压变换模块的变比为n+1，则高压变换模块串联后的变比为构成了变比为的直流变压器，所述n
I
以及n
s
由用户需求变比确定。6.如权利要求5所述的变比可配置的组合型直流变压器，其特征在于：所述高压变换模块还包括，
当低压侧向高压侧传输能量，且所有的偶数次序的开关触发时，输入侧的第二个下晶闸管桥臂导通，此时谐振电容的电压小于输入侧电容电压，且谐振开关电容模块的第二个右晶闸管桥臂的反并联二极管承受正向压降导通，谐振支路经由晶闸管桥臂和二极管桥臂和输入侧构成谐振回路若谐振电容吸收能量，则电压上升，且谐振电流谐振回到0，此时晶闸管桥臂自然关断。7.如权利要求6所述的变比可配置的组合型直流变压器，其特征在于：所述高压变换模块还包括，当低压侧向高压侧传输能量，且谐振支路的谐振电容电压吸收能量电压上升时，谐振电容的电压大于输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建文，周剑桥，施刚，姚林朋，杨仁忻，王晗，梁克靖，蔡小龙，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：