一种中压直流变压器及其控制方法和相关装置与流程

本技术涉及直流变压器，尤其涉及一种中压直流变压器及其控制方法和相关装置。

背景技术：

1、在直流配电网中，实现直流电压与功率变换的中压直流变压器是推进直流电网工程应用的的核心装备。目前，最基础且研究最为广泛的直流变压器为采用中压串联-低压并联的双有源全桥变换器(dual active bridge，dab)组合结构，如图2所示。该结构主要由两个完全对称的h桥和一个高频变压器组成，由于采用了高频变压器及高频开关技术，该结构显著提高了直流变压器的功率密度、降低了直流变压器的体积和重量。同时，在中压侧直流电压与低压侧直流电压匹配时，该直流变压器的运行效率很高，能够满足实际工程的需要。

2、然而，dab型直流变压器的中压侧与低压侧均含有大量的电容，这样，当直流电网发生故障时，dab型直流变压器中的电容将对故障点放电，形成一个二阶放电电路，造成直流变压器端口与故障点都会放出大量的暂态故障电流，为了保护直流变压器中脆弱的电力电子器件，过大的故障电流对直流断路器的设计提出了较高的要求，从而增加了直流断路器的开断容量，降低了整个直流电网的建设经济性；进一步地，由于dab型直流变压器中的电容直接与中、低压直流母线相连，因此，电容电压并不能进行主动调节。然而，在直流配电网中，当其内部的潮流不断变化时，内部直流线路的等效电阻将造成直流配电网的电压分布发生多样性变化，从而造成dab型直流变压器的中压及低压侧直流电压的变化。此时，由于dab型直流变压器无法调节电容电压，中、低压侧直流电压的不匹配，将造成dab型直流变压器效率的大幅度下降，影响整个系统的传输效率。

技术实现思路

1、本技术提供了一种中压直流变压器及其控制方法和相关装置，能够快速隔离中压直流故障时自身电容的放电，降低直流变压器与直流断路器的故障容量需求；同时，能够实现中压直流变压器交流侧电压幅值的灵活调节，保证中压直流变压器在不同直流电压运行条件下交流电压始终处于匹配运行状态。

2、有鉴于此，本技术第一方面提供了一种中压直流变压器，所述变压器包括：中压侧的调压电感l与串并联功率电路组成，所述串并联功率电路包括n个并联的新型子模块；

3、其中，所述新型子模块的中压侧为新型结构，低压侧采用由四个开关器件构成的常规全桥结构，且中压侧与低压侧通过高频变压器进行连接；

4、所述新型结构由8个开关器件s1～s8及两个直流电容组成；

5、其中，开关器件s1～s4的连接关系与所述常规全桥结构相同，分别作为所述新型结构的4个主开关使用；

6、开关器件s5和s6以及电容c1组成半桥模块，并串联于开关器件s1的阳极；开关器件s7和s8以及电容c2组成半桥模块，并串联于开关器件s2的阴极；同时，开关器件s1的阴极与开关器件s2的阳极相连，且与交流变压器的一端相连；开关器件s3的阴极与开关器件s4的阳极相连，且与所述高频变压器的另一端相连。

7、本技术第二方面提供一种中压直流变压器的控制方法，应用于上述第一方面所述的中压直流变压器，所述方法包括：

8、当中压直流变压器为稳态运行时，根据中压直流变压器的中压侧电压和低压侧电压的关系，分析中压直流变压器的工作状态；

9、当中压直流变压器的工作状态为匹配状态时，控制开关器件s1～s2一直处于常导通状态；且控制开关器件s6开关器件s4触发脉冲相同，开关器件s8和开关器件s3触发脉冲相同；以及控制开关器件s5与开关器件s6和开关器件s4的触发脉冲互补，开关器件s7与开关器件s8和s3的触发脉冲互补；

10、基于匹配移相占空比计算公式，根据中压直流变压器的中压侧电压和低压侧电压计算得到匹配移相占空比，从而根据所述匹配移相占空比控制中压直流变压器运行。

11、可选地，还包括：当中压直流变压器发生直流故障时，控制中压直流变压器的所有开关器件闭锁，从而完成中压直流变压器的故障清除。

12、可选地，所述根据中压直流变压器的中压侧电压和低压侧电压的关系，分析中压直流变压器的工作状态，具体包括：

13、当vmv/n等于ktvlv，判定中压直流变压器的工作状态为匹配状态，当vmv/n不等于ktvlv，判定中压直流变压器的工作状态为不匹配状态，其中，vmv为中压直流变压器的中压侧电压，vlv为中压直流变压器的低压侧电压，n和kt均为常数。

14、可选地，所述匹配移相占空比计算公式，具体为：

15、

16、式中，m为匹配移相占空比，vmv为中压直流变压器的中压侧电压，vlv为中压直流变压器的低压侧电压，n和kt均为常数。

17、本技术第三方面提供一种中压直流变压器的控制系统，所述系统包括：

18、分析单元，用于当中压直流变压器为稳态运行时，根据中压直流变压器的中压侧电压和低压侧电压的关系，分析中压直流变压器的工作状态；

19、第一控制单元，用于当中压直流变压器的工作状态为匹配状态时，控制开关器件s1～s2一直处于常导通状态；且控制开关器件s6开关器件s4触发脉冲相同，开关器件s8和开关器件s3触发脉冲相同；以及控制开关器件s5与开关器件s6和开关器件s4的触发脉冲互补，开关器件s7与开关器件s8和s3的触发脉冲互补；

20、第二控制单元，用于基于匹配移相占空比计算公式，根据中压直流变压器的中压侧电压和低压侧电压计算得到匹配移相占空比，从而根据所述匹配移相占空比控制中压直流变压器运行。

21、可选地，还包括：当中压直流变压器发生直流故障时，控制中压直流变压器的所有开关器件闭锁，从而完成中压直流变压器的故障清除。

22、可选地，所述分析单元，具体用于：

23、当中压直流变压器为稳态运行时，判断vmv/n是否不等于ktvlv，若是判定中压直流变压器的工作状态为匹配状态；

24、其中，vmv为中压直流变压器的中压侧电压，vlv为中压直流变压器的低压侧电压，n和kt均为常数。

25、可选地，所述匹配移相占空比计算公式，具体为：

26、

27、式中，m为匹配移相占空比，vmv为中压直流变压器的中压侧电压，vlv为中压直流变压器的低压侧电压，n和kt均为常数。

28、本技术第四方面提供一种中压直流变压器的控制设备，所述设备包括处理器以及存储器：

29、所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

30、所述处理器用于根据所述程序代码中的指令，执行如上述第二方面所述的中压直流变压器的控制方法的步骤。

31、从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：

32、1、本技术提供了一种具有直流故障隔离功能的中压直流变压器，能够快速隔离中压直流故障时自身电容的放电，降低直流变压器与直流断路器的故障容量需求，提升整个直流电网的建设经济性；

33、2、实现了中压直流变压器交流侧电压幅值的灵活调节，保证中压直流变压器在不同直流电压运行条件下交流电压始终处于匹配运行状态，提高中压直流变压器的平均运行效率；

34、3、本技术提供了一种具有直流故障隔离功能的中压直流变压器的控制方法，实现简单，对控制系统的硬件要求低，能够显著降低直流变压器控制系统的实现难度。