[发明专利]一种模块化的高压直流-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，特别涉及一种模块化的高压直流-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，在于提供一种模块化的高压直流-直流变换装置，其可解决高压侧开关器件的耐压和均压问题，提高直流-直流变换装置的传输容量，在高压输入大功率场合具有一定的应用前景

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种模块化的高压直流-直流变换装置，包括至少2个结构相同的直流-直流变换模块，所有直流-直流变换模块的输入端顺序正向串联后连接于高压侧的正极与负极之间，输出端根据低压侧电压等级要求进行串联、并联或串并联混合后连接于低压侧的正极与负极之间；

各直流-直流变换模块均包括高压侧变流器模块、中低频正弦波变压器和低压侧变流器模块，所述的高压侧变流器模块的输出端与中低频正弦波变压器的输入绕组相连接，而中低频正弦波变压器的输出绕组与低压侧变流器模块的输入端相连接。

上述中低频正弦波变压器采用中低频正弦波单相变压器或中低频正弦波三相变压器。

上述变流器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。

上述中低频正弦波变压器采用中低频正弦波单相变压器，变流器模块的拓扑结构采用两电平单相半桥LC滤波拓扑、两电平单相半桥LCL滤波拓扑、两电平单相全桥LC滤波拓扑、两电平单相全桥LCL滤波拓扑、三电平单相中点箝位半桥LC滤波拓扑，三电平单相中点箝位半桥LCL滤波拓扑、三电平单相飞跨电容半桥LC滤波拓扑或三电平单相飞跨电容半桥LCL滤波拓扑。

上述中低频正弦波变压器采用中低频正弦波三相变压器，变流器模块的拓扑结构采用两电平三相全桥LC滤波拓扑、两电平三相全桥LCL滤波拓扑、三电平三相中点箝位全桥LC滤波拓扑或三电平三相中点箝位全桥LCL滤波拓扑。

上述变流器模块中，无源滤波模块中的电容器组采用Y型连接或△型连接。

上述直流-直流变换模块中，高压侧变流器模块与低压侧变流器模块的结构相同或不同。