[发明专利]一种开关电容接入的高频链双向直流变压器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及到固态变压器，特别涉及一种开关电容接入的高频链双向直流变压器。

背景技术

在直流电网中，由于全控型电压源换流器(VSC)技术的成熟，柔性直流输电技术发展迅速。相比传统的直流输电技术，柔性直流输电不需借助交流电网换相，不存在换相失败的问题，可以为无源系统供电；采用脉冲宽度调制(PWM)技术，电压和电流谐波含量较少，可以减少或省略滤波环节，占地变小；另外，全控型VSC控制灵活，可以快速独立的控制有功和无功功率，并且潮流可以在正、反两个方向上调节。因此，柔性直流输电技术在风电场接入、孤立负荷供电、非同步电网联网等方面具有很大的应用前景。尤其是多端柔性直流输电的发展，为直流组网提供了有效的技术途径，并且也激励着柔性直流技术向配电侧延伸。

而为了实现直流电网中不同区域或不同电压等级直流输、配电网的组网，以及各种不同直流电压等级的负荷、储能系统和分布式发电的接入，直流能量的变换将不可避免。但是直流电网中难以像交流变压器那样通过磁耦合的方式实现电压变换，因此必须基于电力电子技术通过直流变压器实现直流电压的变换和功率的双向传递。

在低压小容量领域，DC/DC变换器已经得到比较广泛的应用，对于高频隔离型DC/DC变换器(IBDC)也有较多的文献进行探讨。这些类型的DC/DC变换器可以用于低压直流微电网中直流负荷、储能、分布式电源等的接入，却无法作为高压直流(HVDC)配网和低压直流(LVDC)微电网间的能量变换环节。

借鉴DC/DC变换器的多重化技术思路，文献《用于柔性直流配电的高频链直流变压器》探讨了基于双主动全桥(DAB)的多重化直流变压器方案，如图1所示。该多重化直流变压器主要由n个完全相同的DAB变换器组成，每个DAB变换器由两个全桥(H1和H2)、一个高频电感(L)、一个高频变压器(T)、两个直流电容(C1、C2)构成。n个DAB在高压端串联以接入高压直流侧，在低压端并联以接入低压直流侧，从而使高压直流侧电压等级提高n倍，使低压直流侧电流等级提高n倍。此类方案通过采用高频隔离的DAB为基本单元，直流变压器不仅实现了高低压等级的变换，还实现了高低压直流母线的电气隔离以及功率的双向流动。尽管如此，在直流电网的系统级应用时，由于直流电容均为集中布置，直流母线发生故障时，会导致直流电容迅速放电，产生较大的过电流；并且故障清除后，需要对直流电容重新充电，使直流系统的动态恢复过程变慢。另外，DAB变换器发生故障后，无法设置冗余单元运行，否则会造成直流电容短路，这也使得子单元发生故障后，直流变压器便要停止运行，降低系统可靠性。

除此之外，由于DAB中高频变压器两端的电压均为两电平高频方波。在能量传输过程中，当两端直流电压与变压器变比不匹配时存在很大的环流，进而导致很大的电流应力、较低的效率，这也是目前限制DAB大规模应用的技术瓶颈。而基于双主动全桥(DAB)的多重化直流变压器方案在进行系统级直流组网时，由于直流母线电压会存在波动，使得各子单元两端直流电压与变压器变比不匹配，降低直流变压器的运行效率。

发明内容

本发明的目的是为解决上述的技术问题，提出一种开关电容接入的高频链双向直流变压器及其控制方法，本发明不仅减小系统环流，并且简化故障处理和冗余技术，提高可靠性。

本发明采取的技术方案如下：

一种开关电容接入的高频链双向直流变压器，其特征在于：该双向直流变压器主要由n台相同的直流变换器单元SCDAB1、SCDAB2、…SCDABn组成，n为任意正整数；第一台直流变换器单元SCDAB1的高压侧第一连接端子T1通过直流辅助电感L1与高压直流侧的正极相连；第m台直流变换器单元SCDABm的高压侧第二连接端子T2与第m+1台直流变换器单元SCDABm+1的高压侧第一连接端子T1相连，1≤m<n；第n台直流变换器单元SCDABn的高压侧第二连接端子T2与高压直流侧的负极相连；n台直流变换器单元SCDAB1、SCDAB2、…SCDABn的低压侧连接端子T3均与低压直流侧的正极相连；n台直流变换器单元SCDAB1、SCDAB2、…SCDABn的低压侧连接端子T4均与低压直流侧的负极相连。