[發明專利]一種具有真雙極并離網運行能力的直流變壓器及控制方法

有效

• 申請號: 202011251085.2
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112421602B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 張建文;孔心怡;施剛;周劍橋;蔡旭
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J1/08
• 分類號: H02J1/08;H02J1/10;H02J1/14
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 朱寶慶

本發明公開了一種具有真雙極并離網運行能力的直流變壓器及控制方法，包括直流變壓器包括輸入級變換器、中間隔離變壓器和輸出級變換器；控制器連接于直流變壓器，控制輸入直流變壓器中的直流電流。該直流變壓器拓撲可引出低壓真雙極直流端口，可為多個不同電壓等級的直流負荷供電，提高了電網的可靠性和電力設備接入的靈活性；區別于現有的采用兩套直流變壓器串并的方式或者采用真雙極運行平衡器，采用單一的直流變壓器即可實現低壓直流真雙極并離網運行；兩種類型的系統均在源側注入直流，消除了中高頻交流聯結變壓器的直流磁通偏置，避免由于功率均衡控制下直流注入對交流變壓器的影響，提高了設備的可行性及有效性。

技術領域

本發明涉及的技術領域，尤其涉及一種具有真雙極并離網運行能力的直流變壓器及控制方法。

背景技術

近年來隨著環境的逐漸惡化和化石能源的日益匱乏，可再生能源近年來得到了長足的發展。分布式發電的滲透對減輕環保壓力、節省輸變電投資和提高供電可靠性具有重要意義，直流輸電和直流配電技術是解決分布式電源并網的有效技術手段之一。

目前有兩種主流的直流配電架構，即單極和雙極。單極直流網絡在兩線之間提供單個直流電壓電平，其結構簡單，更易于控制，但可靠性較差，當直流母線出現故障時，所有負荷將面臨失電的風險。雙極支流網絡在三線結構之間提供兩個直流電壓電平，即正/負極對地電壓和正負極間電壓。其中，偽雙極結構工作方式類似單極性結構，同樣無法實現正負兩極帶不對稱負荷運行；而真雙極直流網絡在單極故障下也能運行，并且由于具備兩個不同的電平，可以為負載和分布式電源提供更多的選擇。此外，真雙極網絡與傳統的三相四線制交流系統有一定的相似之處，即正負極之間的電壓類比于三相四線制系統中的線電壓，每一極的電壓則類比于相電壓，這種與交流系統的相似性有利于系統運行、改進以及控制方案設計。真雙極結構具有最廣泛的適用性，其結合雙母線供電結構，可保證直流配電網的高供電可靠性與直流負荷接入的靈活性。

直流變壓器是實現直流輸配電系統母線互聯、電壓變換、電能傳遞和電氣隔離或者直流源-荷-儲等等接入直流電網的關鍵設備。對于低壓直流(Low?Voltage?DC，LVDC)端口，具有不平衡運行能力的真雙極直流端口能夠滿足低壓用戶對多電壓等級、用電安全及供電可靠等需求，而常規的直流變壓器僅能提供單極或偽雙極低壓直流端口，現在的技術通過兩套直流變壓器或者真雙極母線上加裝功率平衡裝置實現直流的真雙極運行，這種方法會增加設備投資成本及運行可靠性問題，本發明通過在單套直流變壓器上通過拓撲結構設計及其控制，提供了低成本、高效率、高可靠性的具有真雙極并離網運行能力直流變壓器的實現方案。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述現有存在變壓器正負極功率平衡控制的問題，提出了本發明。

因此，本發明解決的技術問題是：并離網時雙極不對稱運行時的功率平衡控制問題，保障真雙極直流系統的安全穩定運行。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：直流變壓器包括輸入級變換器、中間隔離變壓器和輸出級變換器，在所述輸入級變換器和輸出級變換器注入直流電流；控制器連接于所述直流變壓器，控制所述輸入直流變壓器中的直流電流。

作為本發明所述的具有真雙極并離網運行能力的直流變壓器的一種優選方案，其中：所述直流變壓器還包括，所述直流變壓器分為并網型直流變壓器和離網型直流變壓器器。

作為本發明所述的具有真雙極并離網運行能力的直流變壓器的一種優選方案，其中：所述控制器包括，所述控制器包括并網型控制器和離網型控制器，其中所述并網型控制器連接于所述并網型直流變壓器，所述離網型控制器連接于所述離網型直流變壓器器。