用于柔性直流输电的分级式直流电压主动调节装置及方法与流程

本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种用于柔性直流输电的分级式直流电压主动调节装置及方法。

背景技术：

在未来的一个时期内，我国的经济将会继续保持高速增长的态势，随着经济的快速增长，能源紧缺和环境污染等问题日益严峻。柔性直流输电技术作为清洁能源并网的有效手段，受到了越来越多人的重视。由于柔性直流输电系统自身结构固有特性，长距离直流输电线路的电压降落问题不可忽视，由于电压降落的幅度和距离有关，长距离柔性直流输电在不同距离下，升压系数也不相同。当直流输电线路因系统本身或者外界干扰发生故障导致电压出现波动时，对其进行相同系数的升压极易导致逆变站的换流设备和设备绝缘的损坏，因此，对于柔性直流输电的电压波动检测和保护提出了更高的要求。

目前的升压设备大多都是开环设备，没有对整流侧的电压进行检测，对于直流输电过程中的电压波动没有主动调整升压系数，且当前的升压设备的升压系数都为整数倍，不适用于柔性直流输电快速主动分级的要求。对于柔性直流输电过程的的电压降落和电压波动的问题，需要快速主动分级的响应。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种用于柔性直流输电的分级式直流电压主动调节装置及方法，使抑制系统故障引起的电压波动，在长距离输电过程中提供电压支撑，在直流电压扰动时，进行快速响应调节。

一方面，本发明提供一种用于柔性直流输电的分级式直流电压主动调节装置，包括整流单元、故障保护主动分级升压单元、逆变单元、电流测量信号调理电路、电压测量信号调理电路、IGBT驱动单元、检测控制单元和LC滤波单元；

整流单元第一输入端、第二输入端和第三输入端分别连接电网的三相输电线路，用于对电网的正弦波交流进行整流，输出直流电压，整流单元的两个输出端连接故障保护主动分级升压单元；

所述故障保护主动分级升压单元用于根据检测控制单元检测到的电压波动，主动快速地进行分级式的升压调节，故障保护主动分级升压单元的第一输出端连接逆变单元的输入端，故障保护主动分级升压单元的第二输出端连接电流测量信号调理电路，故障保护主动分级升压单元的第三输出端连接电压测量信号调理电路；

所述逆变单元用于将调节后的直流信号转换为等效的脉冲信号，逆变单元的输出端连接滤波单元；

所述电流测量信号调理电路用于采集整流单元输出的电流信号，所述电压测量信号调理电路用于采集整流单元输出的电压信号，电流测量信号调理电路和电压测量信号调理电路的输出端连接检测控制单元；

所述IGBT驱动单元用于将检测控制单元输出信号进行升压处理，进而达到控制IGBT器件栅极所需电压，驱动装置中的各个IGBT器件；所述IGBT驱动单元包括24个IGBT驱动电路，其中六个连接整流单元，六个连接逆变单元，十二个连接故障保护主动分级升压单元；

所述检测控制单元用于发送控制信号，包括一个主控芯片和一个缓冲芯片，检测控制单元包括24路输出端，分别连接IGBT驱动单元的24个IGBT驱动电路，电压测量信号调理电路和电流测量信号调理电路均通过缓冲芯片与主控芯片连接。

所述LC滤波单元用于对逆变单元输出的交流信号进行滤波处理，包括三组LC滤波电路，所述三组LC滤波电路的输入端分别连接所述逆变单元的三个输出端，所述三组LC滤波电路的输出端分别连接电网的三相线。

进一步地，整流单元包括第十九绝缘栅双极晶体管、第二十绝缘栅双极晶体管、第二十一绝缘栅双极晶体管、第二十二绝缘栅双极晶体管、第二十三绝缘栅双极晶体管、第二十四绝缘栅双极晶体管、第十九续流二极管、第二十续流二极管、第二十一续流二极管、第二十二续流二极管、第二十三续流二极管和第二十四续流二极管；第十九续流二极管、第二十续流二极管、第二十一续流二极管、第二十二续流二极管、第二十三续流二极管和第二十四续流二极管分别对应并联在第十九绝缘栅双极晶体管、第二十绝缘栅双极晶体管、第二十一绝缘栅双极晶体管、第二十二绝缘栅双极晶体管、第二十三绝缘栅双极晶体管和第二十四绝缘栅双极晶体管的发射极和集电极之间，且续流二极管的阳极与绝缘栅双极晶体管的发射极连接，续流二极管的阴极与绝缘栅双极晶体管的集电极连接；第十九绝缘栅双极晶体管的集电极、第二十绝缘栅双极晶体管的集电极、第二十一绝缘栅双极晶体管的集电极相连接，并作为整流单元的第一输出端；第二十二绝缘栅双极晶体管的发射极、第二十三绝缘栅双极晶体管的发射极、第二十四绝缘栅双极晶体管的发射极相连接，并作为整流单元的第二输出端；第十九绝缘栅双极晶体管的发射极作为整流单元的第一输入端，连接第二十二绝缘栅双极晶体管的集电极；第二十绝缘栅双极晶体管的发射极作为整流单元的第二输入端，连接第二十三绝缘栅双极晶体管的集电极；第二十一绝缘栅双极晶体管的发射极作为整流单元的第三输入端，连接第二十四绝缘栅双极晶体管的集电极；

逆变单元的电路连接结构与整流单元的电路连接结构相同，整流单元的第一输出端和第二输出端分别为逆变单元的第一输入端和第二输入端，整流单元的第一输入端、第二输入端和第三输入端分别为逆变单元的第一输出端、第二输出端和第三输出端。

进一步地，故障保护主动分级升压单元包括故障保护单元和主动分级升压单元，故障保护单元用于实时检测整流单元输出的电压值以及电流值，主动分级升压单元用于主动快速地进行分级式的升压调节；

故障保护单元包括第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第一直流断路器、第二直流断路器、第三直流断路器、霍尔传感器、第一续流二极管，第二续流二极管、第一电容、第一分压电阻和第二分压电阻；

第一续流二极管和第二续流二极管并联在第一绝缘栅双极晶体管和第二绝缘栅双极晶体管的发射极和集电极之间，且续流二极管的阳极与绝缘栅双极晶体管的发射极连接，续流二极管的阴极与绝缘栅双极晶体管的集电极连接；第一直流断路器的一端与所述整流单元的第一输出端连接，另一端与第一绝缘栅双极晶体管的发射极、第一电容的正极和第二绝缘栅双极晶体管的集电极连接；第一绝缘栅双极晶体管的集电极与第三直流断路器的一端连接，霍尔传感器紧贴在中间的传输导线上；霍尔传感器的输出端作为故障保护主动分级升压单元的第二输出端，连接所述电流测量信号调理电路的输入端；第三直流断路器的另一端连接所述主动分级升压单元的第一输入端；第二绝缘栅双极晶体管的发射极连接第一分压电阻的一端，第一分压电阻的另一端连接第二分压电阻的一端，第二分压电阻的另一端连接第二直流断路器的一端、第一电容的负极和所述主动分级升压单元的第二输入端；第二直流断路器的另一端连接所述整流单元的第二输出端；第一分压电阻和第二分压电阻之间的节点作为故障保护主动分级升压单元的第三输出端，连接所述电压测量信号调理电路的输入端；

主动分级升压单元包括第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管、第七绝缘栅双极晶体管、第八绝缘栅双极晶体管、第九绝缘栅双极晶体管、第十绝缘栅双极晶体管、第十一绝缘栅双极晶体管、第十二绝缘栅双极晶体管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管、第七续流二极管、第八续流二极管、第九续流二极管、第十续流二极管、第十一续流二极管、第十二续流二极管、第二升压电容、第三升压电容、第四升压电容、第五升压电容、第六升压电容、第七升压电容、第八升压电容；

第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管、第七续流二极管、第八续流二极管、第九续流二极管、第十续流二极管、第十一续流二极管和第十二续流二极管分别对应并联在第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管、第六绝缘栅双极晶体管、第七绝缘栅双极晶体管、第八绝缘栅双极晶体管、第九绝缘栅双极晶体管、第十绝缘栅双极晶体管、第十一绝缘栅双极晶体管和第十二绝缘栅双极晶体管的发射极和集电极之间，且续流二极管的阳极与绝缘栅双极晶体管的发射极连接，作为主动分级升压单元的第一输出端，续流二极管的阴极与绝缘栅双极晶体管的集电极连接；第三绝缘栅双极晶体管的集电极连接第三升压电容的阳极和第七绝缘栅双极晶体管的集电极，第三绝缘栅双极晶体管的发射极连接第二升压电容的阳极和第四绝缘栅双极的集电极；第四绝缘栅双极晶体管的发射极作为主动分级升压单元的第一输入端，同时连接第五绝缘栅双极晶体管的集电极；第五绝缘栅双极晶体管的发射极连接第六绝缘栅双极晶体管的集电极和第二升压电容的阴极；第六绝缘栅双极晶体管的发射极作为主动分级升压单元的第二输入端，同时连接第八升压电容的阴极，作为主动分级升压单元的第二输出端；第八绝缘栅双极晶体管的集电极连接第三升压电容的阴极和第四升压电容的阳极；第九绝缘栅双极晶体管的集电极连接第五升压电容的阳极以及第四升压电容的阴极；第十绝缘栅双极晶体管的集电极连接第五升压电容的阴极以及第六升压电容的阳极；第十一绝缘栅双极晶体管的集电极连接第六升压电容的阴极以及第七升压电容的阳极；第十二绝缘栅双极晶体管的集电极连接第七升压电容的阴极以及第八升压电容的阳极；第七绝缘栅双极晶体管、第八绝缘栅双极晶体管、第九绝缘栅双极晶体管、第十绝缘栅双极晶体管、第十一绝缘栅双极晶体管和第十二绝缘栅双极晶体管的发射极均连接于第六绝缘栅双极晶体管的发射极；第三绝缘栅双极晶体管至第十二绝缘栅双极晶体管的门极均连接到IGBT驱动单元的输出端。

进一步地，电压测量信号调理电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一滤波电容、第二滤波电容、一个稳压二极管和一个光耦隔离芯片；

第一运算放大器的正向输入端连接故障保护主动分级升压单元的第三输出端，第一运算放大器的负向输入端连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第二运算放大器的负向输入端、第一滤波电容的阳极和光耦隔离芯片的引脚3，第一滤波电容的阴极连接第二运算放大器的输出端和第五电阻的一端，第二运算放大器的正向输入端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端接地，第五电阻的另一端连接光耦隔离芯片的引脚1，光耦隔离芯片的引脚4接地，光耦隔离芯片的引脚6连接第六电阻的一端、第二滤波电容的阳极和第三运算放大器的负向输入端，光耦隔离芯片的引脚5连接第三运算放大器的正向输入端和地，第三运算放大器的输出端连接稳压二极管的负极，并作为电压测量信号调理电路的输出端，稳压二极管的正极接地。

进一步地，电流测量信号调理电路包括第四运算放大器、第五运算放大器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十四电容、第十五电容和第三缓冲芯片；

第七电阻的一端连接霍尔传感器的信号输出端，另一端连接第四运算放大器的正向输入端，第四运算放大器的负向输入端连接第八电阻的一端和第十四电容的一端，第十四电容的另一端连接第八电阻的另一端、第九电阻的一端和第四运算放大器的输出端，第九电阻的另一端连接第十五电容的一端和第五运算放大器的正向输入端，第五运算放大器的负向输入端连接第五运算放大器的输出端和第三缓冲芯片的A0端口，第三缓冲芯片的方向Dir端口接地，第三缓冲芯片的B0端口为电流测量信号调理电路的输出端。

进一步地，IGBT驱动单元的IGBT驱动电路包括IGBT驱动模块EXB841、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十六电容、第十七电容、一个三极管和一个光耦隔离芯片；第十电阻的一端连接正十五伏电源，另一端连接IGBT驱动模块EXB841的15引脚；三极管的基极连接检测控制单元；光耦隔离芯片的1引脚连接三极管的发射极，2引脚接地，3引脚连接第十二电阻的一端，4引脚连接IGBT驱动模块EXB841的5引脚；第十一电阻的另一端接正十五伏电源，IGBT驱动模块EXB841的2引脚连接第十五电容的一端和正十五伏电源，第十五电容的另一端连接IGBT驱动模块EXB841的3引脚、第十七电容的正极和第十二电阻的一端，第十二电阻的另一端连接IGBT的门极作为IGBT驱动单元的输出端，第十七电容的另一端连接IGBT驱动模块EXB841的1引脚。

另一方面，本发明还提供一种用于柔性直流输电的分级式直流电压主动调节方法，采用上述的用于柔性直流输电的分级式直流电压主动调节装置实现，包括以下步骤：

步骤1、采用检测控制单元控制故障保护单元，使装置进入正常运行状态；

步骤2、同时采用故障保护单元以及电流测量信号调理电路、电压测量信号调理电路，对整流单元输出的电压信号和电流信号进行采集放大和滤波，将放大和滤波后的电压值和电流值输送到检测控制单元中；

步骤3、检测控制单元判断接收到的电压值是否超过额定电压的1.5倍，电流值是否超出额定电流1.5倍，当其中任意一者超过或两者同时超过时，执行步骤4，否则执行步骤5；

步骤4、采用检测控制单元发送控制信号至故障保护主动分级升压单元，将整流单元与后面的电路断开连接，进行线路检修；

步骤5、检测控制单元中的微处理器判断整流单元输出的电压值在远距离输电过程中的电压降落值，检测控制单元根据该电压降落值发送控制信号，进行升压操作，再执行步骤6，

步骤6、根据采样得到的整流器输出的电压值，检测控制单元中的微处理器分析得到若干升压系数，每一个升压系数对应一个绝缘栅双极晶体管，检测控制单元中的微处理器发送控制信号，闭合各升压系数对应的绝缘栅双极晶体管，断开剩余的绝缘栅双极晶体管；

步骤7、采用SPWM(正旋脉冲宽度调制)控制策略，通过检测控制单元，产生三路pwm波控制逆变单元，对调整后的电压进行直流到交流的变换，再通过滤波单元滤波，经过变压器并到电网上。

进一步地，步骤1中检测控制单元控制故障保护单元的具体方法为：

采用检测控制单元控制第一直流断路器和第二直流断路器闭合，导通第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第五绝缘栅双极晶体管和第六绝缘栅双极晶体管，关断第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管。

进一步地，步骤4中将整流单元与后面的电路断开连接的具体操作为：

断开第一直流断路器、第二直流断路器、第三直流断路器、第一绝缘栅双极晶体管和第二绝缘栅双极晶体管。

进一步地，步骤5中升压操作的具体方法为：

步骤5.1、控制第四绝缘栅双极晶体管和第六绝缘栅双极晶体管开通，控制第三绝缘栅双极晶体管和第五绝缘栅双极晶体管关断，给第二升压电容充电；

步骤5.2、第二升压电容充满电后，检测控制单元中的微处理器发送控制信号，关断四绝缘栅双极晶体管和第六绝缘栅双极晶体管，开通第三绝缘栅双极晶体管和第五绝缘栅双极晶体管，给第三升压电容、第四升压电容、第五升压电容、第六升压电容、第七升压电容和第八升压电容充电，完成升压操作。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种用于柔性直流输电的分级式直流电压主动调节装置及方法，利用故障保护单元、主动分级升压单元来给远距离输电线路中损耗过大的电网电压提供支撑，当输电线路由于系统故障或外部原因引起电压波动时，形成一个闭环系统，利用故障保护单元、主动分级升压单元快速响应电压波动，进行分级式升压，使电网电压维持在一个稳定的范围，能有效抑制系统故障引起的电压波动，对后面的器件提供实时保护。整流侧增设电压、电流信号调理电路，能有效避免电压波动对器件的损害。当故障发生时能立刻断开断路器，保护逆变侧的电子器件，并且能够有效检测瞬时电压峰值，避免其对有源设备造成损坏。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于柔性直流输电的分级式直流电压主动调节装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的整流单元的电路原理图；

图3为本发明实施例提供的故障保护单元的电路原理图；

图4为本发明实施例提供的主动分级升压单元的电路原理图；

图5为本发明实施例提供的逆变单元的电路原理图；

图6为本发明实施例提供的检测控制单元的电路原理图；

图7为本发明实施例提供的电压信号调理电路的电路原理图；

图8为本发明实施例提供的电流信号调理电路的电路原理图；

图9为本发明实施例提供的IGBT驱动电路原理图；

图10为本发明实施例提供的一种用于柔性直流输电的分级式直流电压主动调节方法的流程图；

图11为本发明实施例提供的升压系数为0.33时故障保护主动分级升压单元的电路原理图；

图12为本发明实施例提供的升压系数为0.67时故障保护主动分级升压单元的电路原理图；

图13为本发明实施例提供的升压系数为1时故障保护主动分级升压单元的电路原理图；

图14为本发明实施例提供的升压系数为1.33时故障保护主动分级升压单元的电路原理图；

图15为本发明实施例提供的升压系数为1.67时故障保护主动分级升压单元的电路原理图；

图16为本发明实施例提供的升压系数为2时故障保护主动分级升压单元的电路原理图；

图17为本发明实施例提供的安装故障保护主动分级升压单元前电压有效值曲线图；

图18为本发明实施例提供的安装故障保护主动分级升压单元后电压有效值曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，为本实施例提供的一种用于柔性直流输电的分级式直流电压主动调节装置，该装置适用于远距离柔性直流输电的直流电压调节，包括检测控制单元、电流测量信号调理电路、电压测量信号调理电路、整流单元、故障保护主动分级升压单元、逆变单元、IGBT驱动单元和滤波单元。本实施例中，电网输电线路作为装置的输入，绝缘栅双极晶体管的型号为FZ400R12KS4，霍尔传感器的型号为HDC2500AK2H。

整流单元第一输入端、第二输入端和第三输入端分别连接电网的三相输电线路，用于对电网的正弦波交流进行整流，输出直流电压，整流单元的两个输出端连接故障保护主动分级升压单元。

整流单元如图2所示，包括第十九绝缘栅双极晶体管T19、第二十绝缘栅双极晶体管T20、第二十一绝缘栅双极晶体管T21、第二十二绝缘栅双极晶体管T22、第二十三绝缘栅双极晶体管T23、第二十四绝缘栅双极晶体管T24、第十九续流二极管D19、第二十续流二极管D20、第二十一续流二极管D21、第二十二续流二极管D22、第二十三续流二极管D23和第二十四续流二极管D24。第十九续流二极管D19、第二十续流二极管D20、第二十一续流二极管D21、第二十二续流二极管D22、第二十三续流二极管D23和第二十四续流二极管D24分别对应并联在第十九绝缘栅双极晶体管T19、第二十绝缘栅双极晶体管T20、第二十一绝缘栅双极晶体管T21、第二十二绝缘栅双极晶体管T22、第二十三绝缘栅双极晶体管T23和第二十四绝缘栅双极晶体管T24的发射极和集电极之间，且续流二极管的阳极与绝缘栅双极晶体管的发射极连接，续流二极管的阴极与绝缘栅双极晶体管的集电极连接。第十九绝缘栅双极晶体管T19的集电极、第二十绝缘栅双极晶体管T20的集电极、第二十一绝缘栅双极晶体管T21的集电极相连接，并作为整流单元的第一输出端。第二十二绝缘栅双极晶体管T22的发射极、第二十三绝缘栅双极晶体管T23的发射极、第二十四绝缘栅双极晶体管T24的发射极相连接，并作为整流单元的第二输出端。第十九绝缘栅双极晶体管T19的发射极作为整流单元的第一输入端，连接第二十二绝缘栅双极晶体管T22的集电极；第二十绝缘栅双极晶体管T20的发射极作为整流单元的第二输入端，连接第二十三绝缘栅双极晶体管T23的集电极；第二十一绝缘栅双极晶体管T21的发射极作为整流单元的第三输入端，连接第二十四绝缘栅双极晶体管T24的集电极。

故障保护主动分级升压单元用于根据检测控制单元检测到的电压波动，主动快速地进行分级式的升压调节，故障保护主动分级升压单元的第一输出端连接逆变单元的输入端，故障保护主动分级升压单元的第二输出端连接电流测量信号调理电路，故障保护主动分级升压单元的第三输出端连接电压测量信号调理电路。故障保护主动分级升压单元包括故障保护单元和主动分级升压单元，故障保护单元用于实时检测整流单元输出点电压值以及电流值，主动分级升压单元用于主动快速地进行分级式的升压调节。

故障保护单元，如图3所示，包括第一绝缘栅双极晶体管T1、第二绝缘栅双极晶体管T2、第一直流断路器K1、第二直流断路器K2、第三直流断路器K3、霍尔传感器H、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第一电容C1、第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，具体的电路连接结构为：

第一续流二极管D1和第二续流二极管D2并联在第一绝缘栅双极晶体管T1和第二绝缘栅双极晶体管T2的发射极和集电极之间，且续流二极管的阳极与绝缘栅双极晶体管的发射极连接，续流二极管的阴极与绝缘栅双极晶体管的集电极连接；第一直流断路器K1的一端与整流单元的第一输出端连接，另一端与第一绝缘栅双极晶体管T1的发射极、第一电容C1的正极和第二绝缘栅双极晶体管T2的集电极连接；第一绝缘栅双极晶体管T1的集电极与第三直流断路器K3的一端连接，霍尔传感器H紧贴在中间的传输导线上；霍尔传感器H的输出端作为故障保护主动分级升压单元的第二输出端，连接所述电流测量信号调理电路的输入端；第三直流断路器K3的另一端连接所述主动分级升压单元的第一输入端；第二绝缘栅双极晶体管T2的发射极连接第一分压电阻R1的一端，第一分压电阻R1的另一端连接第二分压电阻R2的一端，第二分压电阻R2的另一端连接第二直流断路器K2的一端、第一电容C1的负极和所述主动分级升压单元的第二输入端；第二直流断路器K2的另一端连接所述整流单元的第二输出端；第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间的节点作为故障保护主动分级升压单元的第三输出端，连接所述电压测量信号调理电路的输入端。

主动分级升压单元，如图4所示，包括第三绝缘栅双极晶体管T3、第四绝缘栅双极晶体管T4、第五绝缘栅双极晶体管T5、第六绝缘栅双极晶体管T6、第七绝缘栅双极晶体管T7、第八绝缘栅双极晶体管T8、第九绝缘栅双极晶体管T9、第十绝缘栅双极晶体管T10、第十一绝缘栅双极晶体管T11、第十二绝缘栅双极晶体管T12、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5、第六续流二极管D6、第七续流二极管D7、第八续流二极管D8、第九续流二极管D9、第十续流二极管D10、第十一续流二极管D11、第十二续流二极管D12、第二升压电容C2、第三升压电容C3、第四升压电容C4、第五升压电容C5、第六升压电容C6、第七升压电容C7、第八升压电容C8，具体的电路连接结构为：

第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5、第六续流二极管D6、第七续流二极管D7、第八续流二极管D8、第九续流二极管D9、第十续流二极管D10、第十一续流二极管D11和第十二续流二极管D12分别对应并联在第三绝缘栅双极晶体管T3、第四绝缘栅双极晶体管T4、第五绝缘栅双极晶体管T5、第六绝缘栅双极晶体管T6、第七绝缘栅双极晶体管T7、第八绝缘栅双极晶体管T8、第九绝缘栅双极晶体管T9、第十绝缘栅双极晶体管T10、第十一绝缘栅双极晶体管T11和第十二绝缘栅双极晶体管T12的发射极和集电极之间，且续流二极管的阳极与绝缘栅双极晶体管的发射极连接，作为主动分级升压单元的第一输出端，续流二极管的阴极与绝缘栅双极晶体管的集电极连接；第三绝缘栅双极晶体管T3的集电极连接第三升压电容C3的阳极和第七绝缘栅双极晶体管T7的集电极，第三绝缘栅双极晶体管T3的发射极连接第二升压电容C2的阳极和第四绝缘栅双极的集电极；第四绝缘栅双极晶体管T4的发射极作为主动分级升压单元的第一输入端，同时连接第五绝缘栅双极晶体管T5的集电极；第五绝缘栅双极晶体管T5的发射极连接第六绝缘栅双极晶体管T6的集电极和第二升压电容C2的阴极；第六绝缘栅双极晶体管T6的发射极作为主动分级升压单元的第二输入端，同时连接第八升压电容C8的阴极，作为主动分级升压单元的第二输出端；第八绝缘栅双极晶体管T8的集电极连接第三升压电容C3的阴极和第四升压电容C4的阳极；第九绝缘栅双极晶体管T9的集电极连接第五升压电容C5的阳极以及第四升压电容C4的阴极；第十绝缘栅双极晶体管T10的集电极连接第五升压电容C5的阴极以及第六升压电容C6的阳极；第十一绝缘栅双极晶体管T11的集电极连接第六升压电容C6的阴极以及第七升压电容C7的阳极；第十二绝缘栅双极晶体管T12的集电极连接第七升压电容C7的阴极以及第八升压电容C8的阳极；第七绝缘栅双极晶体管T7、第八绝缘栅双极晶体管T8、第九绝缘栅双极晶体管T9、第十绝缘栅双极晶体管T10、第十一绝缘栅双极晶体管T11和第十二绝缘栅双极晶体管T12的发射极均连接于第六绝缘栅双极晶体管T6的发射极。第三绝缘栅双极晶体管T3、第四绝缘栅双极晶体管T4、第五绝缘栅双极晶体管T5、第六绝缘栅双极晶体管T6、第七绝缘栅双极晶体管T7、第八绝缘栅双极晶体管T8、第九绝缘栅双极晶体管T9、第十绝缘栅双极晶体管T10、第十一绝缘栅双极晶体管T11、第十二绝缘栅双极晶体管T12的门极连接到IGBT的驱动电路的输出端。

逆变单元用于将调节后的直流信号转换为交流信号，逆变单元的输出端连接滤波单元。逆变单元如图5所示，包括第十三绝缘栅双极晶体管T13、第十四绝缘栅双极晶体管T14、第十五绝缘栅双极晶体管T15、第十六绝缘栅双极晶体管T16、第十七绝缘栅双极晶体管T17、第十八绝缘栅双极晶体管T18、第十三续流二极管D13、第十四续流二极管D14、第十五续流二极管D15、第十六续流二极管D16、第十七续流二极管D17和第十八续流二极管D18，具体电路连接结构为：

第十三续流二极管D13、第十四续流二极管D14、第十五续流二极管D15、第十六续流二极管D16、第十七续流二极管D17和第十八续流二极管D18分别对应并联在第十三绝缘栅双极晶体管T13、第十四绝缘栅双极晶体管T14、第十五绝缘栅双极晶体管T15、第十六绝缘栅双极晶体管T16、第十七绝缘栅双极晶体管T17和第十八绝缘栅双极晶体管T18的发射极和集电极之间，且续流二极管的阳极与绝缘栅双极晶体管的发射极连接，续流二极管的阴极与绝缘栅双极晶体管的集电极连接；第十三绝缘栅双极晶体管T13的集电极、第十四绝缘栅双极晶体管T14的集电极、第十五绝缘栅双极晶体管T15的集电极相连接，并作为逆变单元的第一输入端；第十六绝缘栅双极晶体管T16的发射极、第十七绝缘栅双极晶体管T17的发射极、第十八绝缘栅双极晶体管T18的发射极相连接，并作为逆变单元的第二输入端；第十三绝缘栅双极晶体管T13的发射极作为逆变单元的第一输出端，连接第十六绝缘栅双极晶体管T16的集电极；第十四绝缘栅双极晶体管T14的发射极作为逆变单元的第二输出端，连接第十七绝缘栅双极晶体管T17的集电极；第十五绝缘栅双极晶体管T15的发射极作为逆变单元的第三输出端，连接第十八绝缘栅双极晶体管T18的集电极；

检测控制单元用于发送控制信号，检测控制单元的二十四路输出端连接IGBT驱动单元。检测控制单元包括主控芯片和一个缓冲芯片，其中主控芯片采用TMS320F28335型号的微处理器，缓冲芯片为74LVC245AD，如图6所示，IGBT驱动单元直接与TMS320F28335主控芯片，电压测量信号调理电路和电流测量信号调理电路通过缓冲芯片与主控芯片连接。TMS320F28335主控芯片是一个主频高达150MHZ的处理器，具有8路互补对称的脉宽调制端口PWM1-8，内置8通道的12位ADC转换器，具有3通道的SCI通信接口。主控芯片的脉宽调制端口PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6分别连接IGBT的驱动单元的输入端口IN13、IN14、IN15、IN16、IN17、IN18、IN19、IN20、IN21、IN22、IN23、IN24，主控芯片的输入输出端口(I/O口)1至12连接到驱动单元的输入端口IN1、IN2、IN3、IN4、IN5、IN6、IN7、IN8、IN9、IN10、IN11、IN12相连接。TMS320F28335主控芯片的ADCINA0至ADCINA7与74LVC245AD的B0、B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7口一一对应连接，缓冲芯片74LVC245AD的A0和A1连接电压测量信号调理电路和电流测量信号调理电路的输出端。

电流测量信号调理电路用于采集故障保护主动分级升压单元输出的电流信号，电压测量信号调理电路用于采集故障保护主动分级升压单元输出的电压信号，电流测量信号调理电路和电压测量信号调理电路的输出端连接检测控制单元。

电压测量信号调理电路，如图7所示，这个信号调理电路的输入点连接在故障保护单元的两个分压电阻R1、R2之间的节点。电压测量信号调理电路包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一滤波电容C12、第二滤波电容C13、一个稳压二极管VD1和一个光耦隔离芯片74LVC245AD，其中，运算放大器为LM358型号。将故障保护主动分级升压单元的第三输出端的输出信号连接到第一运算放大器U1的正向输入端，第一运算放大器U1的负向输入端连接到该运算放大器的输出端，第一运算放大器U1的输出端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第二运算放大器U2的负向输入端、滤波电容C12的阳极和光耦隔离芯片的3口，第一滤波电容C12的阴极连接第二运算放大器U2的输出端以及第五电阻R5的一端，第二运算放大器U2的正向输入端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端接地，第五电阻R5的一端连接光耦隔离芯片HCNR201的1口，光耦隔离芯片HCNR201的4口接地，光耦隔离芯片HCNR201的6口接第六电阻R6的一端、第二滤波电容C13的阳极以及第三运算放大器U3的负向输入端，光耦隔离芯片HCNR201的5口连接第三运算放大器U3的正向输入端以及地，第三运算放大器U3的输出端连接稳压二极管VD1的负极，作为电压测量信号调理电路的输出端，连接检测控制单元，稳压二极管VD1的正极接地。

电流测量信号调理电路，如图8所示，包括第四运算放大器U4、第五运算放大器U5、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十四电容C14、第十五电容C15和第三缓冲芯片74LVC245AD。霍尔传感器的信号输出端连接第七电阻R7的一端，第七电阻R7另一端连接第四运算放大器U4的正向输入端，第四运算放大器U4的负向输入端连接第八电阻R8的一端以及第十四电容C14的一端，第十四电容C14的另一端连接第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的一端以及第四运算放大器U4的输出端，第九电阻R9的另一端连接第十五电容C15的一端以及第五运算放大器U5的正向输入端，第五运算放大器U5的负向输入端连接第五运算放大器U5的输出端以及第三缓冲芯片74LVC245AD的A0端，第三缓冲芯片74LVC245AD的方向Dir口接地，第三缓冲芯片74LVC245AD的A0端口为电流测量信号调理电路的输出端。

滤波单元用于对逆变单元输出的交流信号进行滤波处理，滤波单元的输出端接入电网。滤波单元包括三组LC滤波器，具体包括第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第九电容C9、第十电容C10和第十一电容C11。第二电感L2的一端连接逆变单元的第一输出端，第二电感L2的另一端与第九电容C9的一端连接，并作为滤波单元的第一输出端，第九电容C9的另一端接地；第三电感L3的一端连接逆变单元的第二输出端，第三电感L3的另一端与第十电容C10的一端连接，并作为滤波单元的第二输出端，第十电容C10的另一端接地；第四电感L4的一端连接逆变单元的第三输出端，第四电感L4的另一端与第十一电容C11的一端连接，并作为滤波单元的第三输出端，第十一电容C11的另一端接地。

IGBT驱动单元，如图9所示，包括IGBT驱动模块EXB841、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十六电容C16、第十七电容C17、一个三极管和一个光耦隔离芯片。第十电阻R10的一端连接正十五伏电源，另一端连接IGBT驱动模块EXB841的15引脚，三极管的基极连接检测控制单元，光耦隔离芯片的1引脚连接三极管的发射极，2引脚接地，3引脚接第十二电阻R12的一端，4引脚接IGBT驱动模块EXB841的5引脚，第十一电阻R11的另一端接正十五伏电源，IGBT驱动模块EXB841的2引脚接第十五电容C15的一端并连接正十五伏电源，另一端连接IGBT驱动模块EXB841的3引脚、第十七电容C17的正极以及第十二电阻的一端，第十二电阻R12的另一端连接IGBT的门极作为IGBT驱动单元的输出端，第十七电容C17的另一端连接IGBT驱动模块EXB841的1引脚。

采用上述的用于柔性直流输电的分级式直流电压主动调节装置实现远距离柔性直流输电的分级式直流电压主动调节的方法，如图10所示，具体包括以下步骤：

步骤1、采用检测控制单元控制故障保护单元，具体方法为：

采用检测控制单元控制第一直流断路器K1和第二直流断路器K2闭合，导通第一绝缘栅双极晶体管T1、第二绝缘栅双极晶体管T2、第五绝缘栅双极晶体管T5、第六绝缘栅双极晶体管T6，断开第三绝缘栅双极晶体管T3和第四绝缘栅双极晶体管T4；

步骤2、同时采用故障保护单元的霍尔传感器H、第一电容C1以及电流测量信号调理电路、电压测量信号调理电路，对整流单元输出的电压信号和电流信号进行采集放大和滤波，将放大和滤波后的电压值和电流值输送到检测控制单元中；

步骤3、检测控制单元判断接收到的电压值是否超过额定电压的1.5倍，电流值是否超出额定电流的1.5倍，当其中任意一者超过或两者同时超过时，执行步骤4，否则执行步骤5；

步骤4、采用检测控制单元发送控制信号至故障保护主动分级升压单元，断开第一直流断路器K1、第二直流断路器K2、第三直流断路器K3、第一绝缘栅双极晶体管T1和第二绝缘栅双极晶体管T2，将整流单元与后面的电路断开连接，进行检修；

步骤5、检测控制单元中的微处理器TMS320F28335判断整流单元输出的电压值在远距离输电过程中的电压降落值，微处理器TMS320F28335根据该电压降落值发送控制信号，进行升压操作，具体方法为：

步骤5.1、控制第四绝缘栅双极晶体管T4和第六绝缘栅双极晶体管T6开通，控制第三绝缘栅双极晶体管T3和第五绝缘栅双极晶体管T5关断，给第二升压电容C2充电；

步骤5.2、第二升压电容充满电后，检测控制单元的微处理器TMS320F28335发送控制信号，关断四绝缘栅双极晶体管T4和第六绝缘栅双极晶体管T6，开通第三绝缘栅双极晶体管T3和第五绝缘栅双极晶体管T5，给第三升压电容C3、第四升压电容C4、第五升压电容C5、第六升压电容C6、第七升压电容C7和第八升压电容C8充电，完成升压操作；

步骤6、根据采样得到的整流器输出的电压值，检测控制单元中的微处理器TMS320F28335分析得到若干升压系数，每一个升压系数对应一个绝缘栅双极晶体管，分压系数分别为0.33、0.67、1、1.33、1.67和2，微处理器TMS320F28335发送控制信号，闭合各升压系数对应的绝缘栅双极晶体管，断开剩余的绝缘栅双极晶体管；分压系数分别为0.33、0.67、1、1.33、1.67和2时的故障保护主动分级升压单元的电路原理图分别如图11至图16所示；

步骤7、采用SPWM(正旋脉冲宽度调制)控制策略，通过检测控制单元中的微处理器TMS320F28335的epwm模块，产生三路pwm波控制逆变单元，控制三路逆变桥的通断已形成等效的方波，再通过滤波单元滤波，经过变压器并到电网上。

通过本方法实时检测整流输出电压值，当电压出现波动且不超过额定值的1.5倍时，随时主动调整升压系数，执行步骤5，否则执行步骤4。

安装故障保护主动分级升压单元前后的电压有效值如图17和图18所示，从图中可以看出，在2秒至3秒出现波动，安装后波动电压分级升压的功能明显体现出来，在2秒波动出现到3秒波动时，波动电压的瞬时峰值也得到了明显的抑制作用。

本发明利用故障保护主动分级升压单元中的电容器组充电，通过判断整流侧输出的电压值来控制接入电容的个数，来控制主动升压系数，对不同的电压进行不同升压系数的升压，能在正常运行和电网电压波动的状态下，减少波动电压对设备的冲击，对波动电压瞬时峰值能够有效的抑制，避免其对设计造成损坏。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。