专利名称：一种无变压器的高压直流输电拓扑结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高压直流输电拓扑结构，特别是一种无变压器的高压直流输 电拓扑结构。
背景技术：
我国能源资源与用电负荷分布的特殊性，成为发展远距离、大容量输电的必然性。 尤其是超过600km以上的远程输电线路，采用高压直流输电更加节能、降耗，提高经济效 益，实现更大范围内的能源资源的合理开发、优化配置，符合我国“西电东送”的国情。随着电力电子和计算机技术的迅速发展，高压直流输电技术日趋完善，在输电能 力和送电距离上已可和特高压交流竞争，并且相对于特高压交流输电技术，高压直流输电 技术有如下优点1、输送相同功率时，高压直流输电所用线材仅为交流输电的2/3 1/2 ；2、在电缆输电线路中，高压直流输电没有电容电流产生，而高压交流输电线路存 在电容电流，引起损耗；3、在一些特殊场合，必须用电缆输电，例如高压输电线经过大城市时，采用地下电 缆；输电线经过海峡时，要用海底电缆；4、高压直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而高压交流输电必须同步运 行；5、高压直流输电发生故障的损失比高压交流输电小。高压直流输电中，由于采用 可控硅装置，电路功率能迅速、方便地进行调节，高压直流输电线路上基本上不向发生短路 的高压交流系统输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流与没有互连时一样。目前，变压器是所有的高压直流输电设备中必不可缺的一部分，所以变压器柜在 整个高压直流输电设备里，占据了很大比重的成本及体积，并且容量越大的高压输电设备， 其对变压器的容量要求也越高，这样使高压直流输电设备的成本也直线上升。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种无变压器的高压直流输电拓扑结构，该拓扑结构使 高压直流输电设备无需变压器即可实现长距离、大容量电能传输的目的。为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现一种无变压器的高压直流输电拓扑结构，其特征在于，包括高压充电电路、电感、 整流电路、逆变电路，高压电网直接经过高压充电电路、耦合或非耦合电感后进入高压变频 器整流电路，经整流后的直流电压通过长距离的电缆输送至逆变电路为逆变电路供电，逆 变输出端接入耦合或非耦合电感。所述的整流电路、逆变电路的功率单元为两个IGBT开关器件组成的半桥结构。所述的整流电路、逆变电路的功率单元为四个IGBT开关器件组成的H桥结构。所述的整流电路与逆变电路采用的功率单元相同，可相互替代。[0016]整流电路与逆变电路均为三相，每相由偶数η个功率单元串联而成，分为上下两 组，每组的功率单元个数为η/2个，整流电路每相的输入端为两组单元的中点处，且输入端 与每组单元之间以耦合或非耦合电感连接；逆变电路每相的输出端为两组单元的中点处， 且输出端与每组单元之间也以耦合或非耦合电感连接。与现有技术相比，本实用新型的新颖性和创造性体现在1)高压直流输电设备没有变压器，省去了变压器柜，使成本至少减小一半；2)高压直流输电设备没有变压器，省去了变压器柜，使体积至少减小一半，在现场 的占地面积也因此至少减小一半；3)高压直流输电设备没有变压器，省去了变压器柜，使重量至少减小一半，运输成 本也相应减小；4)高压直流输电设备没有变压器，省去了变压器柜，高压直流输电设备的结构相 比简单很多，生产周期至少减小一半，也有利于现场的安装、调试和维护；5)高压直流输电设备没有变压器，省去了变压器柜，省去了在变压器的能耗，也无 需考虑高压直流输电设备在变压器上的温升效应；幻高压直流输电设备没有变压器，省去了变压器柜，具有绝对的市场竞争力优势。
图1是半桥式功率单元组成的无变压器的高压直流输电拓扑结构图；图2是H桥式功率单元组成的无变压器的高压直流输电拓扑结构图；图3-1、图3-2、图3-3、图3-4是半桥式功率单元内电流流向图；图4-1、图4-2、图4-3、图4_4是H桥式功率单元内电流流向图。
具体实施方式
见图1、图2，一种无变压器的高压直流输电拓扑结构，包括高压充电电路、电感L、 整流电路、逆变电路，高压电网直接经过高压充电电路、耦合或非耦合电感L后进入高压变 频器整流电路，经整流后的直流电压通过长距离的电缆输送至逆变电路为逆变电路供电， 逆变输出端接入耦合或非耦合电感L2。高压充电电路由充电电阻R与开关KM并联组成。整流电路与逆变电路均为三相，每相由偶数η个功率单元串联而成，分为上下两 组，每组的功率单元个数为η/2个，整流电路每相的输入端为两组单元的中点处，且输入端 与每组单元之间以耦合或非耦合电感Ll连接；逆变电路每相的输出端为两组单元的中点 处，且输出端与每组单元之间也以耦合或非耦合电感L2连接。整流电路、逆变电路的功率单元可为两个IGBT开关器件组成的半桥结构(图1)； 或者，整流电路、逆变电路的功率单元为四个IGBT开关器件组成的H桥结构(图2)。由多个功率单元组成一个三相可控整流电路，恒定每个功率单元的电容电压；高 压变频器输出端接入耦合电感或非耦合电感，使输出波形更加稳定平滑；每个整流电路、逆 变电路功率单元采用半桥式或H桥式均可满足PWM波形生成的需求；整流电路和逆变电路 所采用的功率单元结构可设计成完全一致，可相互调用。见图3-1，电流经IGBT2从A流向B，采用半桥式逆变电路的功率单元输出电平 “0”。[0033]见图3-2，电流经续流二极管D2从B流向A，采用半桥式逆变电路的功率单元输出 电平“0”。见图3-3，电流经续流二极管D1，再通过直流侧电容C，从A流向B，采用半桥式逆 变电路的功率单元输出电平“ 1 ”。见图3-4，电流经IGBT1，再通过直流侧电容C，从B流向A，采用半桥式逆变电路的 功率单元输出电平“1”。见图4-1，电流经IGBT2、直流侧电容C、IGBT3,从B流向A，或电流经续流二极管 D3、直流侧电容C、续流二极管D2，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电 平 “1”。见图4-2，电流经续流二极管Dl、IGBT3，从B流向A，或电流经续流二极管D3、 IGBT1，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电平“0”。见图4-3，电流经IGBT2、续流二极管D4，从B流向A，或电流经IGBT4、续流二极管 D2，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电平“0”。见图4-4，电流经续流二极管D1、直流侧电容C、续流二极管D4，从B流向A，或电流 经IGBT4、直流侧电容C、IGBT1，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电平 “-1”。高压电网直接经过高压充电电路和耦合或非耦合电感进入高压变频器整流电路； 由多个功率单元组成一个三相可控整流系统，恒定每个功率单元的电容电压，从而稳定住 电缆电压；高压变频器输出端接入耦合电感或非耦合电感，使输出波形更加稳定平滑；每 个功率单元逆变电路，采用半桥式或H桥式均可满足PWM波形生成的需求；整流电路和逆变 电路所采用的功率单元结构完全一致，可相互调用。权利要求1.一种无变压器的高压直流输电拓扑结构，其特征在于，包括高压充电电路、电感、整 流电路、逆变电路，高压电网直接经过高压充电电路、耦合或非耦合电感后进入高压变频器 整流电路，经整流后的直流电压通过长距离的电缆输送至逆变电路为逆变电路供电，逆变 输出端接入耦合或非耦合电感。
2.根据权利要求1所述的一种无变压器的高压直流输电拓扑结构，其特征在于，所述 的整流电路、逆变电路的功率单元为两个IGBT开关器件组成的半桥结构。
3.根据权利要求1所述的一种无变压器的高压直流输电拓扑结构，其特征在于，所述 的整流电路、逆变电路的功率单元为四个IGBT开关器件组成的H桥结构。
4.根据权利要求2或3所述的一种无变压器的高压直流输电拓扑结构，其特征在于，所 述的整流电路与逆变电路采用的功率单元结构相同，可相互替代。
5.根据权利要求2或3所述的一种无变压器的高压直流输电拓扑结构，其特征在于，整 流电路与逆变电路均为三相，每相由偶数η个功率单元串联而成，分为上下两组，每组的功 率单元个数为η/2个，整流电路每相的输入端为两组单元的中点处，且输入端与每组单元 之间以耦合或非耦合电感连接；逆变电路每相的输出端为两组单元的中点处，且输出端与 每组单元之间也以耦合或非耦合电感连接。
专利摘要本实用新型涉及一种无变压器的高压直流输电拓扑结构，包括高压充电电路、电感、整流电路、逆变电路，高压电网直接经过高压充电电路、耦合或非耦合电感后进入高压变频器整流电路，经整流后的直流电压通过长距离的电缆输送至逆变电路为逆变电路供电，逆变输出端接入耦合或非耦合电感。所述的整流电路、逆变电路的功率单元为半桥结构或H桥结构。该拓扑结构使高压直流输电设备无需变压器即可实现长距离、大容量电能传输的目的。
文档编号H02M7/162GK201839219SQ201020268020
公开日2011年5月18日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者张坤, 张跃平, 李太峰, 杨洋, 王振, 胡涛, 赵淑玉, 魏西平 申请人:荣信电力电子股份有限公司