[发明专利]具有故障阻断能力的柔性直流输电DC/DC变换器

说明书

本发明公开了一种具有故障阻断能力的柔性直流输电DC/DC变换器及其故障保护方法，所述柔性直流输电DC/DC变换器包括晶闸管串T11、晶闸管串T12、晶闸管串T21、晶闸管串T22、半桥子模块串、电感L，半桥子模块串包括半桥子模块SM1～半桥子模块SMN；晶闸管串T11和T21反向并联，分别与直流低压侧正极和半桥子模块SM1的输入级相连；晶闸管串T12和T22反向并联，分别与直流高压侧正极和半桥子模块SM1输入级相连；半桥子模块SMN的电流输出端与电感L的第一端相连；电感L的第二端同时与直流低压侧负极和直流高压侧负极相连。本发明解决了现有非隔离型高压DC/DC变换器缺少容错和故障处理的问题。

技术领域

本发明属于柔性直流输电领域，涉及一种具有故障阻断能力的柔性直流输电DC/DC变换器。

背景技术

由于高压直流输电在长距离、地下或水下的损耗比交流输电低，到目前为止，全球已安装了上百个高压直流输电项目。特别是基于模块化多电平电压源变换器技术的出现，使得柔性直流输电在海上风电场集成和非同步交流系统互联方面得到了广泛的应用。

研究人员采用模块化多电平直流换流器使模块化多电平换流器直接输出直流电压，形成单级电路结构的非隔离型DC/DC变换器。该类DC/DC变换器能够省去隔离型DC/DC变换器不可避免的交流变压器。然而，为了维持上、下桥臂子模块电容电压的稳定，该类DC/DC变换器需要注入高幅值的交流电压和环流以实现桥臂间的功率交换以及输出侧需要安装极为笨重的滤波装置，这导致器件应力和损耗均明显增大，变换器的体积过大。除此之外，该类DC/DC变换器一般缺少容错和故障处理功能，当直流高压侧或者低压侧出现短路故障时，不能有效保护整个装置，可靠性较低。最后，该类变换器其开关管大多采用绝缘栅双极型晶体管IGBT，价格较高，效率有所限制。

发明内容

为了解决现有非隔离型高压DC/DC变换器存在成本高、体积大、缺少容错和故障阻断的问题，本发明提供了一种具有故障阻断能力的柔性直流输电DC/DC变换器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有故障阻断能力的直流输电DC/DC变换器，包括晶闸管串T11、晶闸管串T12、晶闸管串T21、晶闸管串T22、半桥子模块串、电感L，其中：

所述晶闸管串T11、晶闸管串T12、晶闸管串T21、晶闸管串T22的电路结构均相同，每个晶闸管串均包括多个正向串联的晶闸管；

所述半桥子模块串包括半桥子模块SM1～半桥子模块SMN，半桥子模块SM1～半桥子模块SMN的电路结构均相同，对于半桥子模块SM1～半桥子模块SMN，前者的电流输出端依次与后者的电流输入端相连；

所述晶闸管串T11和晶闸管串T21反向并联，分别与直流低压侧正极和半桥子模块SM1的输入级相连；

所述晶闸管串T12和晶闸管串T22反向并联，分别与直流高压侧正极和半桥子模块SM1输入级相连；

所述半桥子模块SMN的电流输出端与电感L的第一端相连；

所述电感L的第二端同时与直流低压侧负极和直流高压侧负极相连。

一种利用上述具有故障阻断能力的柔性直流输电DC/DC变换器进行故障保护的方法，包括如下步骤：

步骤一、根据直流低压侧与直流高压侧之间的功率传输方向设置晶闸管串T11、晶闸管串T12、晶闸管串T21、晶闸管串T22的通断状态；

步骤二、控制半桥子模块SM1～半桥子模块SMN的充、放电状态，进而在直流低压侧与直流高压侧之间发生功率传输时，维持能量平衡；

步骤三、根据直流高压侧电压和直流低压侧电压的状态以及晶闸管串的开关状态，进而在出现故障时控制系统的工作状态，实现故障阻断功能。

本发明具有如下优点：