[发明专利]一种高压直流-直流电力电子变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压直流-直流电能转换、传输的装置，特别涉及一种高压直流-直流电力电子变压器。

背景技术

HVDC(高压直流)技术通常被用于从远距离的发电厂向用电设备传输大功率电能，输电线路可以是架空线路或海底电缆。当传统的交流联网方案不可行时，HVDC技术也可以用于连接两个独立的电网。一般HVDC输电系统比交流输电系统有更低的成本和更高的效率。在交流输电系统当中，可以在电力传输线沿线通过电力变压器将主干网电力分接给负载。但是对于HVDC输电系统而言，由于电力变压器无法传递直流电能，当需要向沿线负载供电时一般需要建立换流站。换流站通常容量很大，不适合电力负载分接。本发明旨在通过电力电子变换装置实现高压直流到低压直流的变换。

美国专利US 5187651()涉及了一种将电力从HVDC电力传输系统中分接到本地网络的一种装置。该装置中，第一换流器与HVDC传输线路串联连接；第一换流器与第二换流器以及第一变压器构成交流网络；第二换流器和第三换流器通过第二变压器将电能输送到本地的交流网络。这一装置采用了两个变压器，这对于减小体积和重量是十分不利的。另外，由于该装置的第一换流器与HVDC的传输线路串联连接，在实际应用时需要改造现有的HVDC输电系统，因此灵活性差。

美国专利US 5311418涉及了一种直接将不同电压等级的直流电压进行转换的DC/DC电力变压器。该DC/DC电力变压器由两个电力电子开关器件构成的阀桥和一个三相变压器构成。由于该发明中的阀桥采用了两电平的结构，因此在用于高电压，尤其是HVDC输电系统的场合时这一结构将无法直接使用。

中国专利200780049442.3涉及了一种将HVDC输电系统的电力分接到本地网络中的装置。该装置由分接装备主电路，无源器件和变压器构成。其中，所述的分接装备主电路由电压源换流器构成，分接装备主电路与HVDC传输线并联以获得电力。当所述的分接装备主电路中电压源换流器采用串联连接的结构时，可以承受HVDC输电系统的高电压。这一装置中，每输出一相交流电源就需要一个变压器与对应的电压源换流器相连接；当需要输出多相工频电源时，就需要多个工频变压器。多个工频变压器的采用将会增加装置的体积和重量，同时也会导致电能转换效率下降。此外，中国专利200780049442.3中相互串联的电压源换流器之间串联了二极管，导致该装置无法实现电能的双向流动。

发明内容：

本发明的目的是克服现有HVDC输电系统直流-直流换流装置的缺点，减小装置的体积和重量，提出一种高压直流-直流电力电子变压器。本发明不仅可以实现不同电压等级直流电压的相互转换，还可以实现电气隔离的功能。

本发明适用于高压直流系统的直流-直流电力电子变压器由级联式模块化变流器，双绕组中频或高频变压器和基于全控型电力电子开关器件的H桥三个部分构成。

所述的级联式模块化变流器由两个相同的桥臂组成，每个桥臂的上端与输入直流电压的正极相连，每个桥臂的下端与输入直流电压的负极相连，两个桥臂的中点与双绕组中频或高频变压器原边的两根引线分别相连。所述的两个桥臂中，每个桥臂按照桥臂的中点分成上半桥臂和下半桥臂，上半桥臂和下半桥臂由数量相同的子模块Sub首尾级联而成。子模块Sub由一个全控型桥臂和电容并联构成；全控型桥臂由两个全控型电力电子器件串联构成。

所述的级联式模块化变流器将高压直流电变换为中频或者高频的方波电压并输送给双绕组中频或高频变压器的原边。基于全控型电力电子开关器件的H桥通过控制其开关动作，在双绕组中频或高频变压器的副边也产生中频或高频的方波电压。

所述的双绕组中频或高频变压器与基于全控型电力电子开关器件的H桥的一种连接方式是双绕组中频或高频变压器的副边与H桥直接连接，此时通过控制双绕组中频或高频变压器原副边方波电压的相角差可以实现对电能流向的控制；另外一种连接方式是在双绕组中频或高频变压器的副边与全控型电力电子开关器件构成的H桥之间串入谐振电容，通过变压器漏感和串联的谐振电容构成可以实现变压器原副边电路的串联谐振。相对于无串联谐振的情况，采用串联谐振后能实现中频或高频变压器原副边电路的零电流谐振软开关，可以大大降低装置的损耗，提高运行效率。

本发明配电用三相电力电子变压器具有以下特点：

1.可以实现类似于交流变压器的直流电压等级转换，能量传输和电气隔离；