本发明涉及直流输、配电网互联领域，具体涉及一种用于混合直流的高压dc/dc变换装置。
背景技术：
随着电力电子技术和器件制造技术的飞速发展，相比交流输、配电网，直流输、配电网可以提供更高的供电可靠性和冗余性，更灵活的供电模式以及更可靠的潮流控制方式，其技术和经济优势非常明显。虽然直流电网技术带来了诸多好处，但主要挑战之一来自于如何实现多电压等级直流系统的互联。由于目前直流输电系统存在多种电压等级，如果没有dc/dc变换器，这些系统只能通过其交流侧相连，无法构成真正意义的直流电网。因此，高压大功率dc/dc变换器作为直流联网的关键设备之一，是构建未来多电压等级、多端直流电网的重要组成部分。
但是在传统直流系统中，由于前级ac/dc变换器在阀组件故障时容易出现直流高压侧极性反转，击穿后级dc/dc变换器子模块，造成dc/dc变换器损毁；同时为了实现潮流反向，需反转ac/dc变换器直流侧电压极性。这大大降低了传统直流系统的可靠性以及构建传统直流互联系统的可能性。故研制一种适用于混合直流的高压dc/dc变换器成为了目前研究传统直流互联的重点。
现有的解决由于原边直流异常而导致dc/dc变换器故障的方案，基本为在dc/dc变换器原边加入抗直流高压侧异常模块，如图1所示。方案主要可分为两种：第一种方案为在dc/dc变换器前加入混合型直流断路器，如图2所示，常见的直流断路器如图3和图4所示的半控型和全控型。当监测到原边直流异常时，断路器迅速分闸，切断dc/dc变换器与ac/dc变换器的联系，当异常消失后断路器合闸，系统恢复供电。这种方案可有效保护dc/dc变换器，但会造成系统长时间断电(毫秒级至秒级，取决于断路器动作时间与系统恢复正常所需时间之和)，严重影响供电可靠性；第二种方案是在dc/dc变换器前加入由igbt模块与电感组成的半桥结构，当监测到原边直流短路故障时，igbt模块迅速关断，以实现dc/dc变换器与异常高压直流的隔离。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于混合直流的高压dc/dc变换装置，用以解决现有通过隔离断开解决极性反转容易导致系统长时间断电的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于混合直流的高压dc/dc变换装置，包括dc/dc变换器，所述dc/dc变换器的原边用于连接ac/dc变换器，所述dc/dc变换器的副边用于连接直流电网，所述dc/dc变换器的原边通过抗极性反转电路连接所述ac/dc变换器，所述抗极性反转电路用于在所述ac/dc变换器的直流侧极性反转时保持所述dc/dc变换器的原边的极性不变，所述抗极性反转电路为全桥电路。
进一步的，所述dc/dc变换器的原边包括直流转交流电路，所述直流转交流电路的直流侧通过并联原边电容连接所述抗极性反转电路，所述直流转交流电路的交流侧连接变压器的原边；所述dc/dc变换器的副边包括交流转直流电路，所述交流转直流电路的直流侧通过并联副边电容连接所述直流电网，所述交流转直流电路的交流侧连接所述变压器的副边。
进一步的，所述全桥电路包括第一igbt、第二igbt、第三igbt和第四igbt，所述第一igbt和第二igbt的集电极连接所述dc/dc变换器原边的正极；所述第三igbt和第四igbt的发射极连接所述dc/dc变换器原边的负极；所述第一igbt的发射极连接所述第三igbt的集电极；所述第二igbt的发射极连接所述第四igbt的集电极；所述第一igbt的发射极和所述第三igbt的集电极之间设置用于连接所述ac/dc变换器的第一接线端；所述第二igbt的发射极和所述第四igbt的集电极之间设置用于连接所述ac/dc变换器的第二接线端。
进一步的，为了防止极性反转时电流突变，所述第一接线端通过电感连接所述ac/dc变换器。
本发明的有益效果是：通过在dc/dc变换器原边模块前加入抗极性反转电路，通过控制抗极性反转电路的开通关断状态，以实现无论dc/dc变换器的原边直流电压极性是否反转，dc/dc变换器原边模块的电压都不会反转的功能。
本发明通过改变普通dc/dc变换器拓扑结构，在不影响dc/dc变换器高可靠性、高效率的同时，使变换装置具备了在传统直流输电系统中穿越dc/dc变换器原边电压极性反转故障以及双向能量传送的功能，解决了传统直流输电系统无法在直流侧互联的问题。本发明适用于各电压等级的传统直流输电系统。
附图说明
图1是现有的电网互联结构示意图；
图2是设置混合型直流断路器的变换器结构示意图；
图3是半控型直流断路器；
图4是全控型直流断路器；
图5是本发明高压dc/dc变换器结构示意图；
图6是本发明高压dc/dc变换器的电路图；
图7是极性正常时igbt模块导通关断示意图；
图8是极性反转时igbt模块导通关断示意图；
图9是系统潮流正向时igbt模块导通关断示意图；
图10是系统潮流反向时igbt模块导通关断示意图；
图11是极性反转时的控制流程图；
图12是潮流反转时的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供了一种用于混合直流的高压dc/dc变换装置，结构示意图如图5所示，电路拓扑图如图6所示，图6中虚线框1中所示为抗极性反转电路，虚线框2、3和4构成dc/dc变换器，其中虚线框3为变压器，虚线框2和4分别为dc/dc变换器的原边模块和副边模块。
通过在dc/dc变换器原边模块前加入抗极性反转电路，通过控制抗极性反转电路的开通关断状态，以实现无论dc/dc变换器的原边直流电压极性是否反转，dc/dc变换器原边模块的电压都不会反转的功能。抗极性反转电路可以有多种实现方式，优选由igbt构成的全桥电路。
技术方案如下：
在dc/dc变换器原边模块前加入由igbt模块dm、dn、dp、dq组成的抗极性反转模块，通过控制dm、dn、dp、dq的开通关断状态，以实现无论dc/dc变换器的原边直流电压vi极性是否反转，dc/dc变换器原边模块的电压都不会反转的功能。
在传统直流输电系统中，主要有以下两种情况导致dc/dc变换器原边直流电压极性反转：一是由于ac/dc变换器故障导致极性反转；二是通过极性反转来调整系统潮流方向。故分析抗极性反转模块工作步骤也需从以下两点进行考虑。
一、由于ac/dc变换器故障导致极性反转
当ac/dc变换器故障时，会导致其直流输出电压(dc/dc变换器原边直流电压)极性反转。反转后的电压会击穿dc/dc变换器子模块，导致dc/dc变换器损毁。故需要由抗极性反转模块向dc/dc变换器提供故障穿越的功能。
1.当ac/dc变换器正常工作时，dc/dc变换器原边直流电压vi极性正常(上正下负)。igbt模块dm与dn导通且形成回路，dp与dq关断。抗极性反转模块对外输出电压vm极性正常(上正下负)，如图7所示。dc/dc变换器正常工作。
2.当ac/dc变换器故障，抗极性反转模块受端电压vi极性反转(上负下正)时，若无电感lm，原边直流电流ii会直接反向，则igbt模块dm与dp或igbt模块dq与dn会构成短路回路，造成原边直流短路。故加入电感lm以抑制短路电流。加入电感lm后原边直流电流ii会逐渐从正向下降至0并最终完全反向(设原边直流电流ii方向向右为正向)。
1)ii从完全正向下降至0期间，电流正向，ii在抗极性反转模块内通过dm与dn构成回路，此时抗极性反转模块对外输出电压vm极性正常(上正下负)。为防止电流反向后造成短路，则必须在ii下降至0之前关断dm与dn。关断dm与dn后若ii还未下降至0，则ii在抗极性反转模块内通过dm与dn内的二极管构成回路，此时抗极性反转模块对外输出电压vm极性正常(上正下负)。
2)原边电流ii从0至上升至完全反向期间，电流反向，则ii在抗极性反转模块内通过dp与dq内的二极管构成回路，此时抗极性反转模块对外输出电压vm极性正常(上正下负)。
3)在原边电流完全反向后，导通igbt模块dp与dq且通过dp、dq形成回路，如图8所示。此时抗极性反转模块对外输出电压vm极性正常(上正下负)。
3.当ac/dc变换器故障消除，dc/dc变换器原边直流电压vi从极性反转状态恢复至正常状态(上正下负)，此时由于电感lm的抑制作用，原边直流电流ii不会突变，原边直流电流ii会从反向逐渐下降至0并最终完全正向。
1)ii从完全反向下降至0期间，电流反向，ii在抗极性反转模块内通过dp与dq构成回路，此时抗极性反转模块对外输出电压vm极性正常(上正下负)。为防止电流正向后造成短路，则必须在ii下降至0之前关断dp与dq。关断dp与dq后若ii还未下降至0，则ii在抗极性反转模块内通过dp与dq内的二极管构成回路，此时抗极性反转模块对外输出电压vm极性正常(上正下负)。
2)原边电流ii从0至上升至完全正向期间，电流正向，则ii在抗极性反转模块内通过dm与dn内的二极管构成回路，此时抗极性反转模块对外输出电压vm极性正常(上正下负)。
3)在原边电流完全正向后，导通dm与dn，此时抗极性反转模块对外输出电压vm极性正常(上正下负)。
控制策略如图11所示。
二、通过极性反转来调整系统潮流方向
在传统直流输电系统中，若需系统潮流方向改变，则需通过变换ac/dc变换器直流侧电压极性以达到能量的输送与接受状态的切换。若需传统直流输电系统进行多电压等级直流电网互联，则需在传统直流输电系统内加入dc/dc变换器。而dc/dc变换器原边电压极性不能改变，故需要抗极性反转模块的配合以实现该功能。
若设潮流方向向右为正向(dc/dc变换器原边电压上正下负，原边电流方向向右，交流电网向直流电网输送电能)，潮流方向向左为反向(dc/dc变换器原边电压上负下正，原边电流方向向右，直流电网向交流电网输送电能)，则可从以下两点阐述抗极性反转模块的工作步骤。
1.潮流方向从正向切换为反向
1)当潮流方向正向时，抗极性反转模块内igbt模块dm、dn导通且通过dm、dn形成回路，如图9所示。原边直流电流ii方向向右，ac/dc变换器通过dm、dn向dc/dc变换器输送能量。
2)若潮流方向改变，则首先ii下降至0，在ii下降至0前关断dm、dn。关断dm、dn后ac/dc变换器停止向dc/dc变换器输送电能。
3)ii下降至0后，原边直流电压vi反向。在vi反向后导通dp、dq。
4)原边直流电压vi反向后，ii会逐渐恢复至其最大值(ii方向不变)。ii开始恢复时，dc/dc变换器便通过dp、dq开始向ac/dc变换器输送能量，如图10所示。待ii恢复至其最大值时，dc/dc变换器便开始向ac/dc变换器输送最大功率能量。
2.潮流方向从反向切换为正向
1)当潮流方向反向时，抗极性反转模块内dp、dq导通。原边直流电流ii方向向右，ac/dc变换器通过dp、dq向dc/dc变换器输送能量。
2)若潮流方向改变，则首先ii下降至0，在ii下降至0前关断dp、dq。关断dp、dq后dc/dc变换器停止向ac/dc变换器输送电能。
3)ii下降至0后，原边直流电压vi极性反转。在vi极性反转后导通dm、dn。
4)vi极性反转后，ii会逐渐恢复至其最大值(ii方向不变)。ii开始恢复时，ac/dc变换器便通过dm、dn开始向dc/dc变换器输送能量。待ii恢复至其最大值时，ac/dc变换器便开始向dc/dc变换器输送最大功率能量。
另外，当直流高压侧出现短路故障时，断开所有igbt模块以实现dc/dc变换器与异常高压直流的隔离。在故障消除后重新导通dm与dn模块，dc/dc变换器即可正常工作，整套直流输电系统恢复供电。
控制策略如图12所示。
本发明具有以下优点：
1.拓扑结构成熟有效，控制策略简单可靠。
2.本发明可使dc/dc变换器具备故障穿越功能。在原边电压极性反转时，dc/dc变换器仍可正常工作，无需断电，提高整套直流输电系统的供电可靠性。
3.本发明可使dc/dc变换器具备在传统直流输电系统中双向传输能量时不断电的能力，大大提高传统直流输电系统互联的可能性。
4.本发明专为传统直流输电系统设计，且传统直流输电系统的故障特性与运行特性是本发明在设计时的重要参考。故本发明更具针对性，是一种更适合传统直流输电的方式。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式，例如采用其他的器件替换igbt，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。