[發明專利]一種推挽式直流自耦變壓器

有效

• 申請號: 202011172911.4
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112260253B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 文勁宇;韓鳴宇;左文平;周猛;肖遙遙
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J1/00
• 分類號: H02J1/00;H02M3/24;H01F30/02;H01F27/28
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種推挽式直流自耦變壓器，包括第一、二、三功率交換單元和正、負極四繞組變壓器，其中，第一功率交換單元的正極兩個端口與第二直流系統的正極相連，第一功率交換單元的負極兩個端口通過正極四繞組變壓器與第二功率交換單元的正極兩個端口相連接，第三功率交換單元的正極兩個端口通過負極四繞組變壓器與第二功率交換單元的負極兩個端口相連接，正極四繞組變壓器繞組一與二的正極、繞組三與四的負極、以及第一直流系統的正極互聯在一起，負極四繞組變壓器繞組一與二的負極、繞組三與四的正極以及第一直流系統的負極互聯在一起。本發明變換器采用了直流自耦技術，顯著降低了系統的換流容量、運行損耗和總成本造價。

技術領域

本發明屬于電力系統輸配電技術領域，更具體地，涉及一種推挽式直流自耦變壓器。

背景技術

隨著新能源發電的快速發展，高壓直流輸電(High Voltage Direct CurrentTransmission，HVDC)技術得到了社會的廣泛關注與研究，全球現已建設運行了多條高壓直流輸電線路。與此同時，柔性直流輸電技術的日漸成熟和多端直流輸電系統的成功試運行，將不同直流輸電系統進行互聯，構建直流電網的技術可行性與優勢性也愈加明顯。大容量、多電壓等級是未來直流電網的發展趨勢之一，而直流變壓器(或稱為直流-直流變換器)作為互聯多電壓等級直流輸電系統必不可少的關鍵技術裝備，具有重大研究意義。

現有的高壓大功率直流變壓器按其實現方式主要可劃分為兩大類，第一類是采用多組低壓低功率直流-直流變換器進行串并聯組合實現總體的高壓大功率，第二類是直接采用高壓大功率換流器拓撲結構與附加電氣設備(左文平等“直流-直流自耦變壓器控制與直流故障隔離”，《中國電機工程學報》，2016，36(9):2398-2407)。

雙有源橋(Dual Active Bridge，DAB)組合型直流-直流變換器是上述第一類直流變壓器的一種典型拓撲結構，其具體實施方式是將單個雙有源橋直流-直流變換器作為子模塊，對多個雙有源橋進行串聯與并聯操作。其中，低壓直流系統側的雙有源橋端口之間更多地采用并聯形式，以實現總體工作電流的提高，高壓直流系統側的雙有源橋端口之間更多地采用串聯形式，以實現總體工作電壓的提高。雙有源橋組合型直流-直流變換器雖具備雙有源橋已有的一些優點，如可實現軟開關，但也面臨著不同雙有源橋間電壓均壓和電流均流、系統控制策略復雜以及成本造價高等難題。

面對面型直流-直流變換器是上述第二類直流變壓器的一種典型拓撲結構，其具體實施方式是構建兩個換流器，兩個換流器的直流端口分別與低壓第一直流系統和高壓第二直流系統的直流端相連，兩個換流器的交流端口通過電抗器或變壓器等交流電路相連。以第一直流系統向第二直流系統傳輸功率為例，其工作原理如下：換流器一將第一直流系統輸出的直流功率轉換為交流功率，然后通過交流電路傳輸到換流器二，換流器二再將交流功率轉換為直流功率，最終傳輸給第二直流系統。上述直流變壓器的顯著特征是兩個直流系統間沒有直接的電氣連接，通過交流電路實現了電氣隔離。面對面型直流-直流變換器采用的換流器和附加電氣設備等都已較為成熟，因此具備控制策略設計簡單和運行可靠性高等優勢，但其也存在著一些缺陷。首先，兩個換流器的額定容量均要等于第一直流系統與第二直流系統間互聯的額定直流功率，換流器的額定直流電壓分別要等于相連直流系統的額定電壓，換流器的總成本較高。其次，傳輸的直流功率全部需要經過直流/交流/直流兩級功率變換，運行損耗較大，傳輸效率低。

綜上，已有的主流高壓大功率直流變壓器都至少存在著以下某一種缺陷，如控制策略復雜、成本造價高、運行損耗大和傳輸效率低等。

發明內容

為了改進現有直流變壓器存在的缺陷，推動直流電網相關技術的發展，本發明提供了一種推挽式直流自耦變壓器，其利用直流自耦結構在兩個直流系統間建立了一定程度上的直接電氣連接，實現了部分直流功率的直接傳輸，即此部分功率無需再經過直流/交流/直流兩級功率變換，進而提高了功率傳輸效率，降低了系統總的換流容量和設備造價。