直流–直流自耦變壓器

發布日期：2017-07-03 來源：中國知網 作者：林衛星文勁宇程時杰 瀏覽次數：343

隨著傳統能源的短缺和環境惡化問題的不斷加劇，風電和太陽能發電等新能源的開發在世界范圍內已經獲得長足的發展[1-4]。由于新能源固有的間歇性和隨機性特點，傳統的交流電網在接納大規模可再生能源方面面臨諸多技術瓶頸，柔性多端直流輸電、直流電網以及直流微網是解決新能源接入問題的有效技術手段之一[1-8]。由于目前直流電網尚無統一標準，現有的許多直流線路都運行在不同電壓等級，若要將這些已有直流線路互聯構成直流電網，需要應用直流變壓器[1-2]?；陔妷涸葱蛽Q流器的直流輸電系統 (voltage source converter-high voltage direct current， VSC-HVDC)的直流電壓等級通常低于基于相控換流器的直流輸電系統(line-commutated converterhigh voltage direct current，LCC-HVDC)，若要在直流側互聯VSC-HVDC 以及LCC-HVDC 以構成多端直流輸電系統也需要用到直流變壓器。隨著技術的發展，未來安裝的 VSC-HVDC 額定直流電壓將高于現有運行的 VSC-HVDC 額定直流電壓，若要在未來將新建設的 VSC-HVDC 與已運行的 VSCHVDC 互聯以構成直流電網，也需要直流變壓器。在直流微網以及直流配電網中，各種可再生能源發電裝置、儲能裝置輸出的直流電壓不盡相同，直流變壓器也是一個必不可少的部件[3-4]。
直流變壓器(dc-dc，通常稱為直流–直流變換器) 可分為斬波型[6]、變壓器隔離型[9-14]以及諧振型[15-18] 三種技術[19]。斬波型 dc-dc 損耗高，且應用于高壓直流輸電領域需要將數百個 IGBT 直接串聯。目前，只有 ABB 公司有成熟的串聯 IGBT 動態均壓技術[20]，可以預見斬波型 dc-dc 并不適用于直流輸電領域。文獻[9-14]研究了變壓器隔離型直流變壓器。其基本原理為建設兩個電壓源型換流器(通常采用模塊化多電平換流器拓撲)，兩個電壓源型換流器的直流端分別與待互聯的兩個直流電網相連接，兩個電壓源型換流器的交流端通過交流變壓器互聯在一起。兩直流電網間傳輸的功率將先經過一個換流器，經直流/交流變換逆變為交流電，該交流電經交流變壓器傳輸至另一個換流器的交流端，再由另一個換流器經交流/直流變換整流為直流電。由此可知，變壓器隔離型 dc-dc 中所有傳輸的直流功率都要經過兩級交流/直流變換，變壓器隔離型 dc-dc 所使用換流器總容量為額定傳輸直流功率的 2 倍。為了降低變壓器以及模塊化多電平換流器的體積和重量，變壓器隔離型 dc-dc 的內部交流鏈路一般運行于中頻頻率(200~500Hz)。更多詳細內容請見附件