[发明专利]一种高压大功率直流-直流变换装置

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，特别涉及一种高压大功率直流-直流变换装置。

背景技术

高压直流输电（HVDC）具有输送功率容量大、损耗小、输送距离远、稳定性好等特点，具有广阔的应用前景。为了适应将来将高压直流输电直接应用于用电设备，需要具有和交流隔离变压器功能类似的直流变压装置，将高压直流电转换成隔离的满足用电设备要求的低压直流电。

由于单个功率半导体器件的耐压值通常是有限的，所以单个功率半导体器件无法直接应用于高电压场合。为了实现低压功率器件能够应用在高电压场合，通常采用以下几种方法：1)多电平技术；2)多个功率半导体器件串联技术；3)多个功率模块串联技术。

文献“Dragan Jovcic.‘Bidirectional,High-Power DC Transformer’.IEEE Transactions on Power Delivery,Vol.24,No.4,pp:2276-2283,October2009”采用晶闸管串联技术、谐振技术实现了大功率的直流变换与传输。但是，高压侧和低压侧没有电气隔离，高压侧和低压侧晶闸管阀组均承受高压侧电压，增加了设备成本。另外，LC谐振电路在工作过程中产生较大无功容量，增加了设备容量和线路损耗，降低了变换效率。

中国专利申请201010117551.8涉及了一种高压直流-直流电力电子变压器，该直流变压器由级联式模块化变流器、一个双绕组中频或高频变压器和一个全控型H桥构成。通过级联式模块化变流器产生多电平的中频或高频方波电压，双绕组中频或高频变压器实现直流-直流的电压变换和功率传递，全控型H桥将中频或高频变压器的副边方波电压转换成直流电压。

中国专利申请200810024744.1涉及了一种基于全桥拓扑结构输入串联输出并联自动均压直流变压器，采用多个全桥拓扑结构的直流变压器功率模块输入串联输出并联的拓扑结构。利用输入串联输出并联结构和变压器副边箝位作用，自动实现每个模块输入侧均压。

中国专利申请201010117551.8和200810024744.1中均采用了中频或者高频方波变压器进行电气隔离、电压变换和功率传递。但是，目前可用的中频或高频方波变压器功率容量很难达到上百千瓦以上，一定程度上限制了此类直流变压器的应用。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种高压大功率直流-直流变换装置，该变换装置巧妙地利用了现有的功率模块串联技术和中低频正弦波三相变压器，很好的解决了目前高压直流-直流变换装置的高压侧开关器件的耐压、均压问题和现有直流-直流变换装置传输容量不足的问题，对加速高压直流-直流变换装置的实用化和市场化进程具有重要意义。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种高压大功率直流-直流变换装置，包括级联式模块化变流器，中低频正弦波三相变压器和输入并联模块化变流器；

所述级联式模块化变流器包括三个结构相同的桥臂，每个桥臂的上半桥臂包括由首至尾依次串联的至少2个正向的半桥拓扑功率模块和1只电抗器，每个桥臂的下半桥臂包括由首至尾依次串联的1只电抗器和至少2个正向的半桥拓扑功率模块，且前述2只电抗器相接于接点；三个桥臂的首端共同连接高压端正极，而尾端共同连接高压端负极；

所述中低频正弦波三相变压器的输入端分别连接级联式模块化变流器中三个桥臂的接点；

所述输入并联模块化变流器包括至少一个模块化变流器子模块，且每个模块化变流器子模块的输入端均连接中低频正弦波三相变压器的输出端。

上述半桥拓扑功率模块包括两只带有反并联二极管的可关断器件和一只电容，第一、二可关断器件正向串联连接，再与电容并联，所述第一、二可关断器件的连接点作为半桥拓扑功率模块的正极，而第二可关断器件的负极作为半桥拓扑功率模块的负极。

上述中低频正弦波三相变压器包括3个高压输入绕组和3个低压输出绕组，采用Y/Y、Y/△、△/△或△/Y的连接方式。

上述输入并联模块化变流器包括至少两个模块化变流器子模块，且所有模块化变流器子模块的输出端采用顺序串联、相互并联或串并联混合的连接方式。

上述模块化变流器子模块包括顺序串联的无源滤波模块和功率变换模块，其中，功率变换模块采用两电平全桥拓扑、多电平半桥拓扑或多电平全桥拓扑，无源滤波模块采用LC滤波电路或LCL滤波电路。