[发明专利]一种模块化高压直流变换装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压直流电能转换、传输的装置及其控制方法。

背景技术

为了适应将来将高压直流输电直接应用于配电设备，需要具有和交流隔离变压器功能类似的直流变压设备，将高压直流电转换成隔离的满足配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。

中国专利CN201010117551.8涉及了一种高压直流-直流电力电子变压器，通过级联型多电平方式解决高压输入半导体均压的问题，同时具有冗余功能，提高了设备的可靠性。但是，装置中仅采用一个中频或高频变压器，目前单个高频变压器的容量很难达到MW以上，一定程度上限制了该方案的应用。

中国专利CN200810024744.1涉及了一种基于全桥拓扑结构输入串联输出并联直流变压器，采用功率模块串并联结构解决高压输入半导体均压的问题。但是，该专利不具备冗余功能、可靠性低。

发明内容

本发明的目的是：提供一种模块化高压直流变换装置，该装置巧妙的利用了现有的功率模块串联技术和模块冗余控制技术，很好的解决了目前高压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-直流变换设备传输容量不足、可靠性低的问题，对加速高压直流变换装置的实用化和市场化进程具有重要意义。

本发明的技术方案是：一种模块化高压直流变换装置，其特征在于,至少两个隔离型低压直流变换模块构成，所述至少两个隔离型低压直流变换模块的输入端串联连接、输出端并联连接；

所述的隔离型低压直流变换模块由高压侧旁路单元(1)、双有源全桥直流变换单元(2)、低压侧隔离单元(3)组成；所述高压侧旁路单元的输入端即为所述隔离型低压直流变换模块的高压侧输入端，所述高压侧旁路单元的输出端与所述双有源全桥直流变换单元的输入端相连接，双有源全桥直流变换单元的输出端与低压侧隔离单元的输入端相连接，低压侧隔离单元的输出端即为隔离型低压直流变换模块的低压侧输出端。

上述方案中：所述的高压侧旁路单元由机械式旁路开关D1和两只带有反并联二极管的半导体器件Q1、Q2组成，具体连接方式是：机械式旁路开关D1和半导体器件Q2并联连接于高压侧旁路单元的正输入端和负输入端；半导体器件Q1与半导体器件Q2串联连接，即半导体器件Q1的发射极与半导体器件Q2的集电极相连接于高压侧旁路单元的正输入端；半导体器件Q1的集电极连接于高压侧旁路单元的正输出端；半导体Q2的发射极连接于高压侧旁路单元的负输出端；

所述的双有源全桥变换单元由半导体器件(Q3～Q10)、电容器(C1～C3)、高频变压器(T1)和无源器件(Z1)组成，具体连接方式是：电容器C1的正端、半导体器件Q3的集电极、半导体器件Q4的集电极相连接于双有源全桥变换单元的正输入端，电容器C1的负端、半导体器件Q5的发射极、半导体器件Q6的发射极相连接于双有源全桥变换单元的负输入端，半导体器件Q3的发射极和半导体器件Q5的集电极相连接于a连接点，半导体器件Q4的发射极和半导体器件Q6的集电极相连接于b连接点，电容器C2的正端、半导体器件Q7的集电极、半导体器件Q8的集电极相连接于双有源全桥变换单元的正输出端，电容器C2的负端、半导体器件Q9的发射极、半导体器件Q10的发射极相连接于双有源全桥变换单元的负输出端，电容器C2的负端与电容器C3的正端相连于e连接点，半导体器件Q7的发射极和半导体器件Q9的集电极相连接于c连接点，半导体器件Q8的发射极和半导体器件Q10的集电极相连接于d连接点，a连接点、b连接点与无源阻抗Z1的输入端相连接，无源阻抗Z1的输出端与高频变压器T1的输入端相连接，高频变压器T1的输出端与连接点c、连接点d相连接；

所述的低压侧隔离单元由三相机械式隔离开关D2组成。

上述方案中：所述的高压侧旁路开关D1和低压侧隔离开关D2承受低压直流电压，为低压机械式开关或接触器。

本发明还提供一种模块化高压直流变换装置的控制方法：当n个模块化高压直流变换装置运行时，其中w个隔离型低压直流变换模块处于工作状态、剩余n-w个模块处于热备用状态，其中，n≥2,0<w<n；