[发明专利]一种直流变压器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种直流变压器及其控制方法，其中直流变压器包括：运行功率模块、热备功率模块和控制模块。运行功率模块包括第一预设数量的运行功率单元；热备功率模块包括第二预设数量的热备功率单元；运行功率单元和热备功率单元在直流变压器高压侧串联连接，且在直流变压器低压侧并联连接；控制模块分别与运行功率模块和热备功率模块电连接，获取运行功率单元的运行状态，在运行功率单元故障时将其旁路，并将相应数量的热备功率单元投入运行状态。当运行功率单元出现故障时，迅速旁路此故障运行功率单元，同时投入一个处于热备用状态的热备功率单元，尽可能避免冗余功能操作过程中高压侧直流电压出现跌落现象，以实现对过电流的抑制。

技术领域

本发明涉及直流配电控制技术领域，特别涉及一种直流变压器及其控制方法。

背景技术

相较于交流配电网，直流配电网具有供电容量大、供电半径长、运行效率高、电能质量问题不突出以及不存在无功补偿问题等优势，具有广阔的应用场景。直流变压器作为不同电压等级直流电网相互连接与功率交换的纽带，是直流配电网中的核心设备。

目前，大多数直流配电网示范工程聚焦在中压与低压之间的电压变换和功率交换，在这种输入高电压、输出大电流的应用背景下均采用ISOP型直流变压器，即输入串联输出并联型直流变压器，ISOP型直流变压器拓扑结构示意图如下图所示，由多个相互独立的功率模块分别在高低压侧以串并联方式构成。受制于功率半导体耐压水平限制，高压侧往往需要多个功率模块串联来满足高电压应用场合，然而较多的功率模块将导致装置发生故障的概率增大。

装置高压侧直流电压由所有处于运行状态的功率模块高压侧直流母线电容以串联方式共同支撑，因此故障功率模块切除瞬间，会造成装置高压侧端口直流电压突降，高压侧回路会产生一个过电流，上述过电流存在损坏功率模块功率半导体器件的风险。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种直流变压器及其控制方法，通过对直流变压器的运行功率模块配置包括若干个热备功率单元的热备功率模块，当运行功率单元出现故障时，迅速旁路此故障运行功率单元，同时投入一个处于热备用状态的热备功率单元，尽可能避免冗余功能操作过程中高压侧直流电压出现跌落现象，以实现对过电流的抑制。

为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种直流变压器，包括：运行功率模块、热备功率模块和控制模块；

所述运行功率模块包括第一预设数量的运行功率单元；

所述热备功率模块包括第二预设数量的热备功率单元；

所述运行功率单元和所述热备功率单元在直流变压器高压侧串联连接，且在所述直流变压器低压侧并联连接；

所述控制模块分别与所述运行功率模块和所述热备功率模块电连接，获取所述运行功率单元的运行状态，在所述运行功率单元故障时将其旁路，并将相应数量的所述热备功率模块投入运行状态。

进一步地，所述运行功率单元和/或所述热备功率单元包括：旁路开关、Buck-Boost阻断半桥电路子单元和双向隔离性LLC谐振电路子单元；

所述Buck-Boost阻断半桥电路子单元和所述双向隔离性LLC谐振电路子单元串联连接；

所述旁路开关与所述Buck-Boost阻断半桥电路子单元的输入端并联连接。

进一步地，所述热备功率单元的所述Buck-Boost阻断半桥电路子单元的上管始终处于关断状态，且其下管始终处于导通状态；

所述热备功率单元的所述双向隔离型LLC谐振电路子单元为正常开环定频控制。

进一步地，所述第一预设数量的数值大于或等于所述第二预设数量的数值。

相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种直流变压器控制方法，用于控制上述任一所述的直流变压器，包括如下步骤：