[发明专利]一种多端口背靠背直流-直流变换器

说明书

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，具体涉及一种多端口背靠背直流-直流变换器。

背景技术

随着风力发电和太阳能发电等新能源发电接入电网以及直流输电技术的发展，将多条直流输电线路互联构成多端直流输电系统以及直流电网随即出现的大规模新能源发电的接入问题成为工业界广泛关注的新的技术问题。诸如为了形成直流电网，各个区域直流系统的互联是一个亟待解决的问题。

一种形成直流电网的直观的设想是用直流断路器将多条直流线路连接在一起。这样的方案需要解决两个技术难题：1)如何实现电压等级不同的直流线路的互联；2)应对直流故障乏力，即在直流电网任何一点发生直流故障将波及整个直流电网时，如何确保直流电网可靠性不随之下降。

Dragan Jovcic等人发表了名为“Multiport high power LCL DC Hub for Use in DC Transmission Grids”(IEEE Transactions on Power Delivery，2014,29(2)，760～768)文章，其中披露了一种采用电感-电容-电感(LCL)电路的多端口直流-直流变换的技术方案，该方案中，将每个直流系统直流侧与各自的换流器直流侧连接在一起，经电感-电容(LC)电路把每个换流器的交流侧与公共交流母线连接。该方案中，经过特殊设计使每个LC电路的电感和电容的取值确保在不同电压等级的直流系统中不需要变压器也能直接互联在一起。由于该方案电感取值较大，任何一点发生直流故障时，该直流故障不会传播到非故障直流线路，即该方案具有隔离直流故障的功能。但该方案主要应用于海上输电系统，要求内部的LCL电路运行于数百～数千赫兹以减小内部LCL电路的重量和占地面积进而减小该方案的海上平台成本，但高频运行会使得该方案的损耗增大，并且该方案采用LC电路互联不同输出电压的换流器，LC电路没有电气隔离功能，即使在每个端口使用了具备阻断直流故障电流功能的换流器仍需通过开断每个端口交流侧的交流断路器才能隔离直流故障，对于故障率较高的长距离架空输电线路而言，该LCL方案将延缓直流故障清除后，系统的重合闸时间，从而延缓系统恢复供电的时间，带来相应的系统稳定性问题，因此该方案应用于内陆电网竞争力不强。

Sixifo Falcones等人发表的名为“A dc-dc multiport-converter-based solid-state transformer integrating distributed generation and storage”(IEEE Transactions on Power Electronics，2013，28(5)，2192～2203)的现有技术中，披露了一种采用多端口高频变压器的多端口直流-直流变换技术，其中，每个直流系统经电压源型换流器在交流侧与多端口交流变压器的某个端口连接在一起，多端口交流变压器用于匹配各电压源型换流器的不同输出交流电压从而达到互联不同电压等级直流系统的目的。该方案存在的一个问题是扩展不方便，若有新的端口接入到该多端口直流-直流变换器中，需要停运整个多端口直流-直流变换器，改造内部的多端口交流变压器，而停运整个多端口直流-直流变换器在一个大规模直流电网里是不可接受的，会导致严重的功率缺失从而带来稳定性问题。同时，该方案也不具备隔离直流故障的能力。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种多端口背靠背直流-直流变换器，通过两级直流-交流-直流变换互联多条电压等级相同或不同的直流线路并通过合理的控制达到直流故障分区隔离，节省变压器成本，提高直流-直流变换器的安全性，提高整个直流电网的运行安全稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种多端口背靠背直流-直流变换器，所述变换器包括直流系统、换流器、交流变压器、交流断路器和公共交流母线；所述换流器一侧通过直流线路连接所述直流系统，另一侧依次通过所述交流变压器和交流断路器连接所述公共交流母线。

所述直流系统包括第一直流系统、第二直流系统、第三直流系统和第四直流系统。

所述换流器包括第一换流器、第二换流器、第三换流器和第四换流器。