[發明專利]一種高壓DC-DC變換器

有效

• 申請號: 201810021946.4
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108306500B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 趙聰;李耀華;王平;李子欣;高范強;王哲
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M3/00
• 分類號: H02M3/00;H02M1/32
• 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

一種高壓DC?DC變換器，由兩個平波電抗器和兩個自平衡單元組成。每個自平衡單元內包含兩個級聯子模塊組SM_i，1≤i≤n，i和n為正整數，以及n個低壓DC?DC變換器，n≥1且n為正整數。正常運行過程中，通過控制每個低壓DC?DC變換器，使其連接的兩個子模塊電容的電壓始終維持在額定值附近。此外，每組級聯子模塊中的r個為冗余狀態，其余n?r個處于正常工作狀態。當自平衡單元內任意一個級聯的子模塊SM_i內部出現故障時，同時閉合該子模塊及與之通過低壓DC?DC變換器連接的相應子模塊的機械旁路開關K切除故障子模塊，從而不影響高壓DC?DC變換器的正常運行。

技術領域

本發明涉及一種用于高壓直流電網互聯的高壓DC-DC變換器。

背景技術

相比傳統的高壓交流輸電技術，在成本和效率上更有優勢的高壓直流輸電(HighVoltage Direct Current，HVDC)技術在近幾十年取得了快速的發展，而且HVDC技術還可以用于連接兩個獨立的交流電網，提高電網可靠性。目前，世界范圍內在建和已經建成的HVDC線路達到上百條，但是，由于輸電容量和距離的不同，這些HVDC線路絕大多數都是“點對點”形式，而且電壓等級在±160kV～±1100kV，存在較大差異，例如，南方電網公司主持修建的南澳柔性高壓直流輸電工程的直流電壓為±160kV，而國家電網公司主持修建的廈門柔性高壓直流輸電工程的直流電壓則為±320kV。

為實現不同HVDC線路之間潮流控制和功率交換，需要通過高壓DC-DC變換器將不同電壓等級的高壓直流電網互聯，改善目前HVDC線路單一的“點對點”形式，進一步提高電網的可靠性和多源互補能力。因此，在這種場合下應用的高壓DC-DC變換器不僅需要實現不同電壓等級變換和能量雙向流動，還需要具備一定的故障隔離能力。此外，應盡量減少電能變換級數、變壓器數量和功率半導體數量，在提高系統效率和功率密度的同時降低成本。

為解決以上問題，相關專利和文獻分別提出了不同的解決方案。中國專利CN103746553B和《IEEE Transactions on Industrial Electronics》2017年第64卷第11期8919-8927頁刊登的《A Modular-Multilevel-DC-Link Front-to-Front DC Solid StateTransformer Based on High-Frequency Dual Active Phase-Shift for HVDC GridIntegration》提出一種高壓DC-DC變換器，該DC-DC變換器不僅電能變換級數和功率半導體數量較多，而且當兩側直流電壓較高時，所需要的高頻變壓器數量也較多，系統功率密度較低。中國專利CN 105337495A提出一種采用混合型模塊化多電平換流器的高壓DC-DC變換器，該DC-DC變換器具備故障電流阻斷能力，但儲能電容和功率半導體數量均較多，高頻隔離變壓器體積較大，使得該DC-DC變換器成本較高，功率密度較低。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提出一種適用于高壓直流電網互聯的高壓DC-DC變換器。該DC-DC變換器的輸入側與輸出側均能夠承受高壓直流電壓，在實現能量雙向流動的同時減少電能變換級數。不僅如此，本發明在變換器內部出現故障或損壞時，可以將故障部分與正常電路隔離，不影響變換器的正常運行，提高了變換器的可靠性。

本發明的高壓DC-DC變換器，由高壓直流側a平波電抗器La、高壓直流側b平波電抗器Lb、第一自平衡單元1和第二自平衡單元2構成。