[发明专利]高压直流变压器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压直流（10kV以上）输配电领域的一种高可靠性的高压直流变压器及其控制方法。

背景技术

10kV以上的高压直流(High Voltage Direct Current，HVDC)技术通常应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。但是，换流站通常容量很大，不适合直流电力的分配或负载分接。

现有的高压直流变压器电路拓扑方案中，一般均是将低压DC-DC变换器的输入侧直流电容直接串联连接到高压直流侧。例如，美国专利US 8345457、欧洲专利EP 1184963 A2、中国专利CN 201830144 U、中国专利CN 102185480 A、中国专利CN 102522897 A等在高压直流侧都是采用了这种方案。

这些已有方案的缺点是，当某一台低压DC-DC变换器出现故障或损坏时，若将其高压输入侧的直流电容旁路则会将此电容短路，会直接损坏此电容；同时，由于共有N台DC-DC变换器的高压侧直流电容直接串联，若一台DC-DC变换器的高压侧直流电容被旁路，则承受高压直流电压的电容数量会减少为N-1个，也就说，其余未发生故障的电容承受的直流电压会升高为原来的N/(N-1)，这会影响直流电容的安全运行；并且，由于每一台低压DC-DC变换器的输入电压发生变化，整个直流变压器的输出电压也会直接受到影响。因此，现有专利中的高压直流变压器方案一旦其中的部分电路发生故障将会对整个高压直流变压器的输入、输出特性产生严重影响，甚至造成损坏，导致系统停止运行，难以实现主电路部分的故障冗余及高可靠性运行。

发明内容

本发明的目的是克服现有HVDC配电系统高压直流变压器的难以实现主电路故障冗余运行导致系统可靠性低的缺点，提出一种高压直流变压器及其控制方法。本发明不仅可以在高压直流配电系统内部的部分电路出现损坏或故障时，可以将其与其余电路隔离开，且不影响整个直流变压器的正常工作，同时也不会改变高压和低压侧的直流电压等级，可以提高高压直流到低压直流变换器运行的可靠性。

本发明高压直流变压器由N台隔离型低压DC-DC变换器构成，N为任意正整数。其中，所述的隔离型低压DC-DC变换器的高压侧第一连接端子和第二连接端子之间并联有第一机械式旁路开关；所述的隔离型低压DC-DC变换器的低压侧第三连接端子和第四连接端子之间串联有第二机械式旁路开关；第一台隔离型低压DC-DC变换器的高压侧第一连接端子与高压直流侧的正极连接在一起；第N台隔离型低压DC-DC变换器的高压侧第二连接端子与高压直流侧的负极连接在一起；第m台隔离型低压DC-DC变换器高压侧第二连接端子与第m+1台隔离型低压DC-DC变换器高压侧第一连接端子连接在一起，1<m<N；N台隔离型低压DC-DC变换器的低压侧连接端子与低压直流侧的正极共同连接一起；N台隔离型低压DC-DC变换器的低压侧连接端子与低压直流侧的负极共同连接一起。