[发明专利]一种双极双向直流变换器及其控制方法和控制装置

说明书

本发明公开一种双极双向直流变换器及其控制方法和控制装置。所述双向直流变换器由至少两个阀组串和交流变压器构成。每个阀组串包含至少三个电压源型换流器，即VSC，VSC的直流端口依次串联连接高压直流母线的正端和负端，各阀组串内VSC的交流端口分别经交流变压器后并联。两个阀组串中，一个阀组串有一个VSC的直流端口连接低压直流母线的负端和中性点，另一个阀组串有一个VSC的直流端端口连接低压直流母线的正端和中性点。本发明的双向直流变换器及其控制方法，可以应用于高压侧直流母线为对称单极形式，而低压侧直流母线为真双极接线形式的高低压双向功率变换和控制，相比现有MMC结构方案构成的同类应用双向变换器，成本更低，效率更高。

技术领域

本发明属于电力电子应用领域，涉及直流电网和双向直流变换器，特别涉及一种双极双向直流变换器及其控制方法和控制装置。

背景技术

双向直流变换器作为直流电网中，实现电压变换的重要组成设备，获得了越来越多直流电网领域学者们的关注。在高压直流变换场合，受开关管器件应力和成本的影响，该类应用的双向直流变换器多采用ISOP、ISOS结构或基于MMC背靠背结构的电能变换装置。其中，基于MMC背靠背结构的电能变换装置更适合于高至高/中压直流供电系统间的电能变换。

为降低直流供电系统的对地绝缘应力，一般对系统的直流母线采用双极接线型式，即直流母线的正极和负极对地绝缘电压为正负极间电压的一半。双极接线型式一般有伪双极和真双极两种接线型式。在伪双极接线型式下，当直流系统的母线有一极停运时，将导致另一极也必须停运；而在真双极接线型式下，当直流系统的母线有一极停运时，不会影响另一极的运行。MMC背靠背结构是隔离型的双向直流变换器，通过组合可较容易地实现各种真/伪双极等不同母线接线型式下，直流母线之间的电能双向传递。

然而，MMC背靠背结构包含有两个MMC换流阀组和一个大功率工频或中频交流变压器，建设成本相对较高。有文献研究了一种由MMC背靠背结构演化得到的AUTO-DC结构的双向直流变换器，该变换器原理类似交流自耦变压器，是非隔离的双向直流变换器。相比MMC背靠背结构，能够减小交流变压器和换流阀组的容量，适合在一些对隔离要求不高的场合应用。但是，AUTO-DC结构是非隔离电路，直接参考交流自耦变压器得到的AUTO-DC结构，无法直接在双极系统中应用。例如，当高压侧端口的直流母线采用伪双极接线型式时，通过AUTO-DC结构变换后，低压侧端口的负极或正极将与高压侧端口负极或正极为同一点，因此，其对地绝缘电压将变为高压侧正负极间电压的一半，从而增加了设备低压侧的对地绝缘应力。

目前，有专利CN105048813A对AUTO-DC结构进行了优化，优化后的AUTO-DC结构可以实现高压侧直流母线为伪双极且低压侧直流母线同样为伪双极的直流供电系统之间的电能变换。但是，若实际直流系统中，当高压侧直流母线为伪双极而低压侧直流母线为真双极接线型式时，采用专利CN105048813A的方案，只能将低压侧端口的两端连接在低压直流母线的正负两极，当低压侧有一极母线停运后，该方案没有提供另一极对中性点回路，这样只能将整个系统停运。

发明内容

为解决AUTO-DC变换器接入高压侧直流母线为伪双极而低压侧直流母线为真双极系统的问题，本发明提供了一种双极双向直流变换器。当低压侧直流母线有一极发生故障停运时，不影响另一极的正常运行，仍然可以实现高压直流母线至低压直流母线的电能变换。同时提供了双极双向直流变换器的控制方法和控制装置。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：