一种单向直流-直流自耦变压器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统输配电技术领域，更具体地，涉及一种单向直流-直流自耦 变压器，用于单向第从一个直流系统向另一个直流系统传输直流功率。
【背景技术】
[0002] 随着模块化多电平换流器的发展，利用模块化多电平换流器构成直流电网是电力 工业界近年来备受关注的一个热点。各个区域直流电网的互联是一个亟待解决的问题。由 于各个区域直流电网功能不同，所采用的技术不同，所建设的年代不同，各个区域直流电网 的额定直流电压不会完全一致。为了互联不同电压等级的直流电网，需要采用直流-直流 变换器。
[0003] 直流-直流变换器以及直流-直流自耦变压器通常用于实现两个直流电网之间的 功率双向传输，所采用的换流器为电压源型换流器从而带来了成本高、损耗高的代价。在风 电经直流组网等某些典型应用场合，功率只需要单向地从一个直流系统向另一个直流系统 传输。为此，需要进一步优化设计常规的直流-直流变换器从而降低成本。
[0004] 现有的高压大功率单向直流-直流变换器一般采用直流-交流-直流变换技术， 如图1所示，其【具体实施方式】为建设一个电压源型换流器与一个不控整流器，电压源型换 流器和不控整流器的直流端分别与待互联的第一直流系统和第二直流系统的直流端联接 (此处记第一直流系统的额定直流电压低于第二直流系统的额定直流电压），两个换流器 的交流端通过一定的交流电路互联在一起。来自一个直流系统的直流功率将先由电压源型 换流器逆变为交流电再经过不控整流器整流为直流电传输到另一个直流系统。可知，由于 所有传输的直流功率都需要经过两级交流/直流变换，该单向直流-交流-直流变换技术 所使用的电压源型换流器与不控整流器的额定容量都与额定传输功率相等，交流链路的额 定容量也与额定传输功率相等，从而存在换流器投资成本高，交流链路成本高、运行损耗大 的缺陷。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种单向直流-直流自耦变 压器，其通过对换流器、整流器以及交流链路的优化设计，改进现有单向直流-交流-直流 变换技术存在的换流器容量大、交流链路容量大、运行损耗高的缺陷，实现对两直流系统间 直流功率的单向传输，同时具有双向直流故障隔离能力的优点。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压 器，用于从高电压等级的第二直流系统向低电压等级的第一直流系统单向传输直流功率， 其特征在于，该自耦变压器包括第一电压源型换流器、不控整流器和第二电压源型换流器， 其中，
[0007] 所述第一电压源型换流器的正极和第二直流系统的正极相联接，第一电压源型换 流器的负极和不控整流器的正极相联接，不控整流器的负极和第二电压源型换流器的正极 相联接，第二电压源型换流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述不控整流器 的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且所述第一电压源型换流器、不 控整流器和第二电压源型换流器的交流侧互联在一起；
[0008] 通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现 控制从第二直流系统向第一直流系统传输的直流功率。
[0009] 优选地，所述不控整流器进一步地由正极子整流器和负极子整流器串联组成，其 中所述正极子整流器的负极和负极子整流器的正极相联接，且联接点处接地。
[0010] 优选地，所述正极子整流器和负极子整流器的联接点还经过金属回线与第一直 流系统或第二直流系统的中性点相联接，使得在不对称运行时直流电流经过该金属回线构 成回路从而避免直流电流对直流线路上管道的腐蚀。
[0011] 按照本发明的另一方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联正极 性的不对称单极第一直流系统和正极性的不对称单极第二直流系统，实现从高电压等级的 第二直流系统向低电压等级的第一直流系统单向传输直流功率，其特征在于，该自耦变压 器包括第一电压源型换流器和不控整流器，其中，
[0012] 所述第一电压源型换流器的正极和第二直流系统正极相联接，第一电压源型换流 器的负极和不控整流器的正极相联接，不控整流器的负极和第二直流系统的负极相联接， 同时所述不控整流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且第一直流 系统的负极、第二直流系统的负极以及不控整流器的负极接地或者通过金属回线接地；
[0013] 通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现 控制从第二直流系统向第一直流系统传输的直流功率。
[0014] 按照本发明的又一方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联负极 性的不对称单极第一直流系统和负极性的不对称单极第二直流系统，实现从高电压等级的 第二直流系统向低电压等级的第一直流系统单向传输直流功率，其特征在于，该自耦变压 器包括不控整流器和第二电压源型换流器，其中，
[0015] 所述不控整流器的正极和第二直流系统的正极相联接，不控整流器的负极和第二 电压源型换流器的正极相联接，第二电压源型换流器的负极和第二直流系统的负极相联 接，同时所述不控整流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且上述 第一直流系统的正极、第二直流系统的正极以及不控整流器的正极接地或者通过金属回线 接地；
[0016] 通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现 控制从第二直流系统向第一直流系统传输的直流功率。
[0017] 优选地，不控整流器和电压源型换流器的交流侧经过一个两绕组或多绕组的交流 变压器互联在一起。
[0018] 优选地，不控整流器和电压源型换流器的交流侧各经过交流变压器或相电抗器联 接至一交流公共母线或者直接联接至一交流公共母线。
[0019] 优选地，交流公共母线与外部交流电网相联接或者所述两绕组或多绕组的交流变 压器与外部交流电网相联接。
[0020] 按照本发明的另一个方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器的高压侧故障 隔离方法，其特征为，在所述电压源型换流器（包括所述第一电压源型换流器和第二电压 源型换流器）采用模块化多电平换流器拓扑时，将所述电压源型换流器的部分子模块替换 为可阻断直流故障电流的子模块，第二直流系统发生直流故障时，通过闭锁所述电压源型 换流器全控电力电子器件的触发脉冲隔离第二直流系统的直流故障。
[0021] 按照本发明的另一个方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器的低压侧故障 隔离方法，其特征为，在第一直流系统发生直流故障时，通过闭锁所述电压源型换流器的全 控电力电子器件的触发脉冲从而隔离第一直流系统的直流故障，
[0022] 优选地，在所述电压源型换流器闭锁后的耐压低于第二直流系统的额定电压时， 增大所述电压源型换流器的额定直流电压。
[0023] 按照本发明的又一个方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器，用于从低电 压的第一直流系统向高电压的第二直流系统单向传输直流功率，其特征在于，该自耦变压 器包括第一不控整流器、电压源型换流器和第二不控整流器，其中，
[0024] 所述第一不控整流器的正极和第二直流系统的正极相联接，第一不控整流器的负 极和电压源型换流器的正极相联接，电压源型换流器的负极和第二不控整流器的正极相联 接，第二不控整流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述电压源型换流器的正 极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且所述第一不控整流器、电压源型换 流器和第二不控整流器的交流侧互联在一起；
[0025] 通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现 控制从第一直流系统向第二直流系统传输的直流功率。
[0026] 优选地，所述电压源型换流器进一步地由正极子换流器和负极子换流器串联组 成，其中所述正极子换流器的负极和负极子换流器的正极相联接，且联接点处接地，正极子 换流器正极与第一不控整流器负极联接，负极子换流器的负极与第二不控整流器正极联 接。
[0027] 优选地，所述正极子换流器和负极子换流器的联接点还经过金属回线与第一直流 系统或第二直流系统的中性点相联接，使得在不对称运行时直流电流经过该金属回线构成 回路从而避免直流电流对直流线路上金属管道的腐蚀。
[0028] 按照本发明的另一方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联正极 性的不对称单极第一直流系统和正极性的不对称单极第二直流系统，实现从低电压的第一 直流系统向高电压的第二直流系统单向传输直流功率，该自耦变压器包括第一不控整流器 和电压源型换流器，其中，
[0029] 所述第一不控整流器的正极和第一直流系统正极相联接，第一不控整流器的负极 和电压源型换流器的正极相联接，电压源型换流器负极和第二直流系统的负极相联接，同 时所述电压源型换流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且第一直 流系统的负极、第二直流系统负极和电压源型换流器的负极接地或经过金属回线接地；
[0030] 通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现 控制从第一直流系统向第二直流系统传输的直流功率。
[0031] 按照本发明的又一方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联负极 性的不对称单极第一直流系统和负极性的不对称单极第二直流系统，实现从低电压的所 述第一直流系统向高电压的所述第二直流系统单向传输直流功率，该自耦变压器包括电压 源型换流器和第二不控整流器，其中，
[0032] 所述电压源型换流器的正极和第二直流系统的正极相联接，电压源型换流器的负 极和第二不控整流器的正极相联接，第二不控整流器的负极和第二直流系统的负极相联 接，同时所述电压源型换流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且 第一直流系统的正极、第二直流系统的正极以及电压源型换流器的正极直接接地或者经过 金属回线接地；
[0033] 通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现 控制从第一直流系统向第二直流系统传输的直流功率。
[0034] 优选地，不控整流器和电压源型换流器的交流侧经过一个两绕组或多绕组的交流 变压器互联在一起。
[0035] 优选地，不控整流器、电压源型换流器和的交流侧各经过交流变压器或相电抗器 联接至一交流公共母线，或者直接联接至交流公共母线。
[0036] 优选地，交流公共母线与外部交流电网相联接或者所述两绕组、多绕组的交流变 压器与外部交流电网相联接。
[0037] 按照本发明的另一个方面，提供了一种上述直流-直流自耦变压器的高压侧故障 隔离方法，其特征为，在第一不控整流器和第二不控整流器上串联直流断路器，当高压侧发 生直