[发明专利]一种高电压传输比的直流变压器拓扑结构及其控制方法

说明书

本发明涉及电力电子领域，具体的是一种高电压传输比的直流变压器拓扑结构及其控制方法，拓扑结构由N个功率模块组、高压滤波电感、低压滤波电感与低压滤波电容组成；功率模块组均包含一个输入端口与一个输出端口，N个功率模块组输入串联后，连接高压滤波电感与低压滤波电容，构成高压直流端口，N个功率模块组输出并联后，连接低压滤波电感与低压滤波电容，构成低压直流端口。本发明仅使用少量的半桥/全桥模块数量，可实现高传输比的直流电压变换，以及高、低压直流端口电流的连续，从而降低直流变压器系统体积，提升功率密度。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体的是一种高电压传输比的直流变压器拓扑结构及其控制方法。

背景技术

随着柔性直流输电与直流配电技术的发展，直流变压器作为连接不同电压等级的直流母线，其重要性日益凸显。当直流变压器连接高压与中压直流母线时，需要采用模块化结构，以降低开关器件电压应力。CN111525540A中提出了一种模块化直流潮流控制器，也可视作一种直流变压器拓扑，其模块阀串需要承受高压直流端口电压，且为了降低传输功率的波动，需要采用多组模块阀串交错并联，导致了大量的模块数量，进一步地增加了直流变压器成本、体积及占地面积，限制了其在实际工程中的应用。

因此，如何减小连接高压与中压直流母线场合下的直流变压器的模块数量是目前亟需解决的一个问题。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种高电压传输比的直流变压器拓扑结构及其控制方法，解决了在连接中高压直流母线的场合下，直流变压器，模块数量庞大，成本高昂、体积与占地面积过大的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高电压传输比的直流变压器拓扑结构，所述拓扑结构由N个功率模块组、高压滤波电感L_MV、低压滤波电感L_LV与低压滤波电容C_LV组成；

所述功率模块组均包含一个输入端口与一个输出端口，N个功率模块组输入串联后，连接高压滤波电感与低压滤波电容，构成高压直流端口，N个功率模块组输出并联后，连接低压滤波电感与低压滤波电容，构成低压直流端口。

进一步地，所述功率模块组由半桥/全桥混合模块阀组与十个晶闸管组成，半桥/全桥混合模块阀组包含n个半桥模块、m个全桥模块与一个阀组电感Lg，第一晶闸管与第六晶闸管、第二晶闸管与第七晶闸管、第三晶闸管与第八晶闸管、第四晶闸管与第九晶闸管、第五晶闸管与第十晶闸管反向并联。

进一步地，所述功率模块组内，半桥/全桥混合模块阀组正极连接第一晶闸管阴极与第三晶闸管阳极，半桥/全桥混合模块阀组负极连接第二晶闸管阳极与第四晶闸管阴极，第一晶闸管阳极连接第五晶闸管阳极，第二晶闸管阴极连接第五晶闸管阴极；第一晶闸管阳极与第二晶闸管阴极构成功率模块组输入端口；第三晶闸管阴极与第四晶闸管阳极构成功率模块组输出端口。

进一步地，所述晶闸管由多个低耐压的晶闸管串联组合形成，或者替换为串联高压IGCT阀或其他半导体双向开关。

一种高电压传输比的直流变压器拓扑结构的控制方法，所述控制方法如下：

在功率模块组中，开通第一晶闸管与第二晶闸管，关断第三晶闸管至第十晶闸管，半桥/全桥混合模块阀组连接至高压直流端口，功率可由高压直流端口单向传输至模块阀组；

开通第六晶闸管与第七晶闸管，关断第一晶闸管至第五晶闸管、第八晶闸管至第十闸管，半桥/全桥混合模块阀组连接至高压直流端口，功率可由模块阀组单向传输至高压直流端口；

在功率模块组中，开通第三晶闸管至第五晶闸管，关断第一晶闸管、第二晶闸管、第六晶闸管至第十晶闸管，半桥/全桥混合模块阀组经低压滤波电感，并联至低压直流端口，功率可由模块阀组单向传输至低压直流端口，且第五晶闸管导通，可实现高压直流端口电流连续；