[發(fā)明專利]一種中頻直流?直流自耦變壓器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510562364.3
• 申請(qǐng)日: 2015-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN105048813B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林衛(wèi)星;左文平;文勁宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/28
• 分類號(hào): H02M3/28
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)輸配電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種中頻直流-直流自耦變壓器。

背景技術(shù)

隨著模塊化多電平換流器的發(fā)展，利用模塊化多電平換流器構(gòu)成直流電網(wǎng)是電力工業(yè)界近年來備受關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。各個(gè)區(qū)域直流電網(wǎng)的互聯(lián)是一個(gè)亟待解決的問題。由于各個(gè)區(qū)域直流電網(wǎng)功能不同，所采用的技術(shù)不同，所建設(shè)的年代不同，各個(gè)區(qū)域直流電網(wǎng)的額定直流電壓不會(huì)完全一致。為了互聯(lián)不同電壓等級(jí)的直流電網(wǎng)，需要采用直流-直流變換器。在配電網(wǎng)層面，直流微網(wǎng)也是目前的技術(shù)熱點(diǎn)之一，互聯(lián)不同電壓等級(jí)的直流微網(wǎng)也需要用到直流-直流變換器。

現(xiàn)有的高壓大功率直流-直流變換器一般包括直流-交流-直流變換技術(shù)和直流自耦變壓器技術(shù)兩類。直流-交流-直流變換技術(shù)的具體實(shí)施方式為建設(shè)兩個(gè)換流器，兩個(gè)換流器的直流端分別與待互聯(lián)的第一直流電網(wǎng)和第二直流電網(wǎng)(此處記第一直流電網(wǎng)的額定直流電壓低于第二直流電網(wǎng)的額定直流電壓)的直流端聯(lián)接，兩個(gè)換流器的交流端通過一定的交流電路互聯(lián)在一起。以第一直流電網(wǎng)向第二直流電網(wǎng)傳輸功率為例，換流器一先進(jìn)行直流/交流變換把第一直流電網(wǎng)的直流電逆變?yōu)榻涣麟姡瑩Q流器二再進(jìn)行交流/直流變換從而把第一直流電網(wǎng)逆變后的電能再重新整流成直流電饋入到第二直流電網(wǎng)。常規(guī)的直流-交流-直流變換技術(shù)所使用的換流器總?cè)萘繛轭~定傳輸功率的2倍，從而帶來了投資大，運(yùn)行成本高的缺陷。直流自耦變壓器的一種實(shí)施方式為建設(shè)三個(gè)換流器，換流器一～換流器三依次在直流側(cè)串聯(lián)，換流器一的高壓直流端和換流器三的低壓直流端分別與第二直流電網(wǎng)的高壓直流端和低壓直流端聯(lián)接，換流器二的高壓直流端和低壓直流端分別與第一直流電網(wǎng)的高壓直流端和低壓直流端聯(lián)接，三個(gè)換流器的交流側(cè)經(jīng)一定的相電抗支路或變壓器支路聯(lián)接到一個(gè)交流公共母線上，采用上述拓?fù)浜螅绷髯择钭儔浩魉褂玫膿Q流器總?cè)萘靠纱蟠蟮陀诔Ｒ?guī)的直流-交流-直流變換技術(shù)。

然而，現(xiàn)有的直流自耦變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要適用于工頻(例如50Hz或60Hz)運(yùn)行場(chǎng)合，存在著所使用的交流變壓器體積大，重量大的缺陷，使得現(xiàn)有的直流自耦變壓器技術(shù)不適合應(yīng)用于對(duì)占地面積和重量有嚴(yán)格限制的場(chǎng)合。為了降低直流自耦變壓器的體積和重量，可以將直流變壓器運(yùn)行于中頻頻率(例如500Hz)，從而可以將交流變壓器的占地面積和重量縮小至工頻條件下的10％左右，大大降低直流自耦變壓器的體積和重量，但將現(xiàn)有的直流自耦變壓器運(yùn)行于中頻頻率存在如下缺陷：現(xiàn)有的直流自耦變壓器技術(shù)所包含的交流變壓器數(shù)量較少，若將現(xiàn)有直流自耦變壓器技術(shù)運(yùn)行于中頻頻率則每個(gè)中頻交流變壓器的容量太高，將因材料限制難以被成功制造。現(xiàn)有的常規(guī)隔離型中頻直流-直流變換器由于運(yùn)行于中頻頻率，可以減小交流變壓器的體積和重量，由于采用模塊化串、并聯(lián)拓?fù)洌梢越档蛯?duì)每個(gè)中頻交流變壓器容量的要求，但是常規(guī)隔離型中頻直流-直流變換器技術(shù)需要經(jīng)過直流-交流-直流變換，所使用換流器總?cè)萘繛轭~定傳輸功率的2倍，存在使用的換流器容量大、運(yùn)行損耗高的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種模塊化中頻直流-直流自耦變壓器，其目的在于，改進(jìn)現(xiàn)有直流-直流自耦變壓器的運(yùn)行于中頻頻率對(duì)變壓器單體容量要求高，難以被成功制造，以及現(xiàn)有中頻直流-直流變換器所使用的換流器總?cè)萘看蟮募夹g(shù)問題，采用模塊式結(jié)構(gòu)從而降低了對(duì)中頻變壓器單體容量的需求，同時(shí)借鑒了直流-直流自耦變壓器的技術(shù)從而降低了對(duì)換流器總?cè)萘康男枨蟆?/p>

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種中頻直流-直流自耦變壓器，用于實(shí)現(xiàn)電壓等級(jí)不同的第一直流系統(tǒng)和第二直流系統(tǒng)之間的功率傳輸，該變壓器包括第一換流器組、第二換流器組和第三換流器組，其中，第一換流器組的正極和第二直流系統(tǒng)的正極相聯(lián)接，第一換流器組的負(fù)極和第二換流器組的正極相聯(lián)接，第二換流器組的負(fù)極和第三換流器組的正極相聯(lián)接，第三換流器組的負(fù)極和第二直流系統(tǒng)的負(fù)極相聯(lián)接，第二換流器組的正極和負(fù)極分別與第一直流系統(tǒng)的正極和負(fù)極相聯(lián)接，所述第一換流器組～第三換流器組分別由多個(gè)功率單元串聯(lián)而成，每個(gè)功率單元經(jīng)其中頻交流變壓器聯(lián)接至公共交流母線。

優(yōu)選地，所述第二換流器組進(jìn)一步地由第二換流器正極組和第二換流器負(fù)極組串聯(lián)而得，第二換流器正極組的負(fù)極和第二換流器負(fù)極組的正極相聯(lián)接，聯(lián)接點(diǎn)處同時(shí)接地。

優(yōu)選地，第二換流器正極組和第二換流器負(fù)極組的聯(lián)接點(diǎn)還經(jīng)過金屬回線(10)與第一直流系統(tǒng)或第二直流系統(tǒng)的中性點(diǎn)相聯(lián)接。