[發明專利]一種高壓直流-直流電力電子變壓器

無效

• 申請號: 201010117551.8
• 申請日: 2010-03-03
• 公開（公告）號: CN101795072A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 李子欣;王平;李耀華;劉叢偉;朱海濱
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M3/315
• 分類號: H02M3/315;H02M7/757
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種高壓直流-直流電能轉換、傳輸的裝置，特別涉及一種高壓直流-直流電力電子變壓器。

背景技術

HVDC(高壓直流)技術通常被用于從遠距離的發電廠向用電設備傳輸大功率電能，輸電線路可以是架空線路或海底電纜。當傳統的交流聯網方案不可行時，HVDC技術也可以用于連接兩個獨立的電網。一般HVDC輸電系統比交流輸電系統有更低的成本和更高的效率。在交流輸電系統當中，可以在電力傳輸線沿線通過電力變壓器將主干網電力分接給負載。但是對于HVDC輸電系統而言，由于電力變壓器無法傳遞直流電能，當需要向沿線負載供電時一般需要建立換流站。換流站通常容量很大，不適合電力負載分接。本發明旨在通過電力電子變換裝置實現高壓直流到低壓直流的變換。

美國專利US?5187651()涉及了一種將電力從HVDC電力傳輸系統中分接到本地網絡的一種裝置。該裝置中，第一換流器與HVDC傳輸線路串聯連接；第一換流器與第二換流器以及第一變壓器構成交流網絡；第二換流器和第三換流器通過第二變壓器將電能輸送到本地的交流網絡。這一裝置采用了兩個變壓器，這對于減小體積和重量是十分不利的。另外，由于該裝置的第一換流器與HVDC的傳輸線路串聯連接，在實際應用時需要改造現有的HVDC輸電系統，因此靈活性差。

美國專利US?5311418涉及了一種直接將不同電壓等級的直流電壓進行轉換的DC/DC電力變壓器。該DC/DC電力變壓器由兩個電力電子開關器件構成的閥橋和一個三相變壓器構成。由于該發明中的閥橋采用了兩電平的結構，因此在用于高電壓，尤其是HVDC輸電系統的場合時這一結構將無法直接使用。

中國專利200780049442.3涉及了一種將HVDC輸電系統的電力分接到本地網絡中的裝置。該裝置由分接裝備主電路，無源器件和變壓器構成。其中，所述的分接裝備主電路由電壓源換流器構成，分接裝備主電路與HVDC傳輸線并聯以獲得電力。當所述的分接裝備主電路中電壓源換流器采用串聯連接的結構時，可以承受HVDC輸電系統的高電壓。這一裝置中，每輸出一相交流電源就需要一個變壓器與對應的電壓源換流器相連接；當需要輸出多相工頻電源時，就需要多個工頻變壓器。多個工頻變壓器的采用將會增加裝置的體積和重量，同時也會導致電能轉換效率下降。此外，中國專利200780049442.3中相互串聯的電壓源換流器之間串聯了二極管，導致該裝置無法實現電能的雙向流動。

發明內容：

本發明的目的是克服現有HVDC輸電系統直流-直流換流裝置的缺點，減小裝置的體積和重量，提出一種高壓直流-直流電力電子變壓器。本發明不僅可以實現不同電壓等級直流電壓的相互轉換，還可以實現電氣隔離的功能。

本發明適用于高壓直流系統的直流-直流電力電子變壓器由級聯式模塊化變流器，雙繞組中頻或高頻變壓器和基于全控型電力電子開關器件的H橋三個部分構成。

所述的級聯式模塊化變流器由兩個相同的橋臂組成，每個橋臂的上端與輸入直流電壓的正極相連，每個橋臂的下端與輸入直流電壓的負極相連，兩個橋臂的中點與雙繞組中頻或高頻變壓器原邊的兩根引線分別相連。所述的兩個橋臂中，每個橋臂按照橋臂的中點分成上半橋臂和下半橋臂，上半橋臂和下半橋臂由數量相同的子模塊Sub首尾級聯而成。子模塊Sub由一個全控型橋臂和電容并聯構成；全控型橋臂由兩個全控型電力電子器件串聯構成。

所述的級聯式模塊化變流器將高壓直流電變換為中頻或者高頻的方波電壓并輸送給雙繞組中頻或高頻變壓器的原邊。基于全控型電力電子開關器件的H橋通過控制其開關動作，在雙繞組中頻或高頻變壓器的副邊也產生中頻或高頻的方波電壓。

所述的雙繞組中頻或高頻變壓器與基于全控型電力電子開關器件的H橋的一種連接方式是雙繞組中頻或高頻變壓器的副邊與H橋直接連接，此時通過控制雙繞組中頻或高頻變壓器原副邊方波電壓的相角差可以實現對電能流向的控制；另外一種連接方式是在雙繞組中頻或高頻變壓器的副邊與全控型電力電子開關器件構成的H橋之間串入諧振電容，通過變壓器漏感和串聯的諧振電容構成可以實現變壓器原副邊電路的串聯諧振。相對于無串聯諧振的情況，采用串聯諧振后能實現中頻或高頻變壓器原副邊電路的零電流諧振軟開關，可以大大降低裝置的損耗，提高運行效率。

本發明配電用三相電力電子變壓器具有以下特點：

1.可以實現類似于交流變壓器的直流電壓等級轉換，能量傳輸和電氣隔離；