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； 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。3. -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， 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； 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。4. 根据权利要求1所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，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。5. 根据权利要求4所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，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金属 管道的腐蚀。6. 根据权利要求4或5所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述第一电压源型换 流器的交流侧和正极子整流器的交流侧互联在一起，所述负极子整流器的交流侧和第二电 压源型换流器的交流侧互联在一起，两互联的交流联接之间无电气联接。7. 根据权利要求1-6中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述不控整流 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。8. 根据权利要求1-6中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述不控整流 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。9. 根据权利要求7或8所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，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。10. 根据权利要求1-9中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，所述 电压源型换流器采用模块化多电平换流器拓扑时，其每个桥臂的部分子模块为具备阻断直 流故障电流能力的子模块，从而在第二直流系统发生直流故障时可为单向直流-直流自耦 变压器提供直流故障隔离。11. 根据权利要求1-10中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，当所 述电压源型换流器的额定直流电压不够时，在电压源型换流器的每个桥臂上额外串联半桥 子模块从而增加所述电压源型换流器的耐压，使得在第一直流系统发生直流故障时可为单 向直流-直流自耦变压器提供直流故障隔离，同时使得电压源型换流器不因为承载过电压 而损毁。12. -种权利要求1-11中任一项所述的单向直流-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，使得在所述第二直流系统发生 直流故障时，通过闭锁电压源型换流器的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。13. -种权利要求1-12中任一项所述的直流-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流 电子器件的触发脉冲，从而隔离第一直流系统的直流故障。14. 根据权利要求13所述的低压侧故障隔离方法，其中，在所述电压源型换流器闭锁 后的反向耐压之和低于第二直流系统的额定直流电压时，增大所述电压源型换流器的额定 直流电压。15. -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， 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； 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。16. -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，该自耦变压器包括第一不控整流器和电压源型换流器，其 中， 所述第一不控整流器的正极和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； 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。17. -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， 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 时所述第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； 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。18. 根据权利要求15所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，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。19. 根据权利要求18所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，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。20. 根据权利要求18或19所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述第一不控整 流器的交流侧和正极子换流器的交流侧互联在一起，所述负极子换流器的交流侧和第二不 控整流器的交流侧互联在一起，两互联的交流联接之间无电气联接。21. 根据权利要求15-20中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述不控 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。22. 根据权利要求15-20中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述不控 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。23. 根据权利要求21或22所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，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。24. 根据权利要求15-23中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于， 在所述不控整流器上串联了直流断路器，从而可在第二直流系统发生直流故障时为单向直 流-直流自耦变压器提供直流故障隔离。25. 根据权利要求15-24中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，在 所述不控整流器闭锁后的反向耐压之和低于第二直流系统的直流电压时，可额外增加所述 不控整流器的额定直流电压，从而在第一直流系统发生直流故障时为单向直流-直流自耦 变压器提供直流故障隔离，同时使得所述不控整流器不因为承载过电压而损毁。26. -种权利要求15-25中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器的高压侧故障隔 离方法，其特征为，在所述不控整流器上串联直流断路器，当高压侧发生直流故障时，通过 开断所述直流断路器来隔离高压侧直流故障。27. -种权利要求15-26中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器的低压侧故障隔 离方法，其特征为，在低压侧发生直流故障时，闭锁电压源型换流器的触发脉冲隔离低压侧 直流故障。28. 根据权利要求27所述的直流-直流自耦变压器的低压侧故障隔离方法，其中，在所 述不控整流器的反向耐压不够时，可额外提高不控整流器的额定直流电压。29. 根据权利要求1-28中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，所述 的电压源型换流器可以采用模块化多电平换流器、两电平换流器、三电平换流器等各种电 压源型换流器拓扑。30. 根据权利要求1-29中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，所述 的不控整流器可以采用多个不控整流器串联而成，并经过一定的组合降低谐波。31. 根据权利要求1-30中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，所述 的不控整流器、电压源型换流器的交流侧可以采用单相、两相、三相或多相交流电路。
【专利摘要】本发明公开了一种单向直流-直流自耦变压器，用于单向地在两个直流系统间传输直流功率，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，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低电压的第一直流系统向高电压的第二直流系统传输的直流功率，或者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传输的直流功率，即实现两直流系统间的功率传输，且同时具有双向直流故障隔离能力的优点。本发明还公开了相应的高、低压侧直流故障隔离方法。
【IPC分类】H02H7/10, H02M3/335
【公开号】CN105356757
【申请号】CN201510802461
【发明人】林卫星, 文劲宇, 程时杰
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月19日