器負(fù)極組和第三換流器組的中 頻直流-直流自耦變壓器。
[0029] 圖6公共交流母線分為多段的中頻直流-直流自耦變壓器。
[0030] 圖7是本發(fā)明中功率單元可以采用的各種拓?fù)洌渲校╝)兩電平電壓源型換流器 拓?fù)洌?b)箝位型三電平電壓源型換流器拓?fù)?；（c)模塊化多電平換流器拓?fù)洹?br>[0031] 圖8是本發(fā)明實施例中公共交流母線的交流電壓控制框圖。
[0032] 圖9是本發(fā)明實施例中直流功率控制框圖。
[0033] 圖10是本發(fā)明實施例中功率單元直流電壓均衡控制框圖。
[0034] 圖11是第二直流系統(tǒng)發(fā)生直流故障時，故障電流通路示意。
[0035] 圖12是第一直流系統(tǒng)發(fā)生直流故障時，故障電流通路示意。
[0036] 圖13是本發(fā)明實施例中系統(tǒng)直流功率響應(yīng)曲線。
[0037] 圖14是本發(fā)明實施例中各功率單元功率曲線。
[0038] 圖15是第二直流系統(tǒng)發(fā)生直流故障時，仿真得到的直流電流曲線和觸發(fā)脈沖使 能信號曲線。
[0039] 圖16是第二直流系統(tǒng)發(fā)生直流故障時，第一直流系統(tǒng)和第二直流系統(tǒng)的直流電 壓。
[0040] 圖17是第一直流系統(tǒng)發(fā)生直流故障時，仿真得到的直流電流曲線和觸發(fā)脈沖使 能信號曲線。
[0041] 圖18是第一直流系統(tǒng)發(fā)生直流故障時，第一直流系統(tǒng)和第二直流系統(tǒng)的直流電 壓。
【具體實施方式】
[0042] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0043] 本發(fā)明實施例提供的模塊化中頻直流-直流自耦變壓器主要用于互聯(lián)兩個電壓 等級不相同的直流系統(tǒng)，實現(xiàn)功率的雙向傳輸，其顯著的技術(shù)性表現(xiàn)在于使用了自耦技術(shù) 從而降低了所使用的總的換流器容量，采用模塊化結(jié)構(gòu)以降低每個中頻變壓器額定功率從 而降低對中頻交流變壓器的制造難度，提高了系統(tǒng)的冗余性和可靠性。
[0044] 圖1是常規(guī)隔離型中頻直流-直流變換器拓?fù)涫纠?，該變換器采用模塊化的輸入 側(cè)并聯(lián)，輸出側(cè)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，由于所有傳輸?shù)挠泄β识夹枰?jīng)過兩級交流/直流變換，該變 換器所使用的換流器總?cè)萘繛閭鬏敼β实膬杀?，從而?dǎo)致該變換器存在投資成本高，運行 損耗尚的缺陷。
[0045] 圖2是本發(fā)明所提出的中頻直流-直流自耦變壓器（中頻直流自耦變壓器）的基 本結(jié)構(gòu)圖。該中頻直流自耦變主要由第一換流器組1、第二換流器組2和第三換流器組3依 次串聯(lián)而成，每個換流器組由多個功率單元4串聯(lián)而成，每個功率單元4經(jīng)中頻交流變壓器 5聯(lián)接至公共交流母線6,第二換流器組2的正極和負(fù)極分別經(jīng)直流線路9與第一直流系統(tǒng) 7的正極和負(fù)極聯(lián)接，第一換流器組1的正極以及第三換流器組的負(fù)極分別與第二直流系 統(tǒng)8的正極和負(fù)極聯(lián)接。
[0046] 根據(jù)需要，第二換流器組2又可進(jìn)一步分為第二換流器正極組2P和第二換流器負(fù) 極組2N，2P的負(fù)極和2N的正極相聯(lián)接且聯(lián)接點接地。將第二換流器組2劃分為正極組2P 和負(fù)極組2N的好處在于，若第一直流系統(tǒng)7和第二直流系統(tǒng)8為雙極性直流系統(tǒng)，當(dāng)?shù)谝?直流系統(tǒng)7或第二直流系統(tǒng)8的正極發(fā)生故障時，通過隔離第一換流器組1和第二換流器 正極組2P，僅維持第二換流器負(fù)極組2N和第三換流器組3處于運行狀態(tài)仍能使中頻直流自 耦變的非故障部分保持正常運行，同理地若第一直流系統(tǒng)7的負(fù)極或第二直流系統(tǒng)8的負(fù) 極發(fā)生故障時，通過隔離第二換流器負(fù)極組2N和第三換流器組3,僅保持第一換流器組1和 第二換流器正極組2P運行仍可以使得非故障部分的第一直流系統(tǒng)7和第二直流系統(tǒng)8維 持功率互送能力。
[0047] 圖3為中頻直流自耦變直流中性點經(jīng)金屬回線10分別與第一直流系統(tǒng)和第二直 流系統(tǒng)的中性點相聯(lián)接的中頻直流自耦變拓?fù)?。圖3拓?fù)渑c圖2拓?fù)浠疽恢?，?yōu)點在于 不對稱運行時（僅第一換流器組1和第二換流器正極組2P投入運行或僅第二換流器負(fù)極 組2N和第三換流器組3投入運行），直流電流無需流經(jīng)大地，而是經(jīng)過金屬回線10構(gòu)成回 路從而避免了直流電流對直流線路9沿線金屬管道等其他民用設(shè)備的腐蝕。
[0048] 圖4為僅包含第一換流器組1和第二換流器正極組2P的中頻直流自耦變壓器，用 于互聯(lián)正極性的不對稱單極第一直流系統(tǒng)7和第二直流系統(tǒng)8。該中頻直流-直流自耦變 壓器包括第一換流器組1和第二換流器正極組2P，第一換流器組1的正極和第二直流系統(tǒng) 8的正極相聯(lián)接，第一換流器組1的負(fù)極和第二換流器正極組2P的正極相聯(lián)接，第二換流器 正極組2P的負(fù)極和第二直流系統(tǒng)8的負(fù)極相聯(lián)接，第二換流器正極組2P的正極和負(fù)極分 別與第一直流系統(tǒng)7的正極和負(fù)極相聯(lián)接，所述第一換流器組1和第二換流器正極組2P分 別由多個功率單元串聯(lián)而成，每個功率單元經(jīng)中頻交流變壓器5聯(lián)接至公共交流母線6。
[0049] 圖5為僅包含第二換流器負(fù)極組2N和第三換流器組3的中頻直流自耦變壓器，用 于互聯(lián)負(fù)極性不對稱單極第一直流系統(tǒng)7和負(fù)極性不對稱單極第二直流系統(tǒng)8。該中頻直 流-直流自耦變壓器包括第二換流器負(fù)極組2N和第三換流器組3,第二換流器負(fù)極組2N的 正極和第二直流系統(tǒng)8的正極相聯(lián)接，第二換流器負(fù)極組2N的負(fù)極和第三換流器組3的正 極相聯(lián)接，第三換流器組3的負(fù)極和第二直流系統(tǒng)8的負(fù)極相聯(lián)接，第二換流器負(fù)極組2N 的正極和負(fù)極分別與第一直流系統(tǒng)7的正極和負(fù)極相聯(lián)接，所述第二換流器負(fù)極組2N和第 三換流器組3分別由多個功率單元串聯(lián)而成，每個功率單元經(jīng)中頻交流變壓器5聯(lián)接至公 共交流母線6。
[0050] 為了減少公共交流母線上流過的電流從而減小母線損耗，降低母線制造難度，可 以根據(jù)運行要求采用多母線并聯(lián)運行結(jié)構(gòu)、分段母線結(jié)構(gòu)或其余靈活的母線配置方式。圖 6為一種將公共交流母線分為多段的母線聯(lián)接方式，其中母線段6a用于聯(lián)接第一換流器組 1和第二換流器正極組2P中的部分功率單元4,使得注入到母線段6a的電流之和為零，同 理地，母線段6b~6d的聯(lián)接方式類似，母線段6a~6d最后會經(jīng)過一定的直流線路聯(lián)接在 一起。
[0051] 圖7給出了每個功率單元4可以采用的典型換流器拓?fù)?，分別為圖7(a)兩電平電 壓源型換流器拓?fù)洹D7(b)箝位型三電平電壓源型換流器拓?fù)?、圖7(c)模塊化多電平換流 器拓?fù)洹Ｆ渲袌D7(c)的每個子模塊SM根據(jù)需要，可以采用自阻子模塊、半橋子模塊、全橋 子模塊、箝位雙子模塊等多種拓?fù)湫问?。圖7所述及的技術(shù)均為行業(yè)內(nèi)公知技術(shù)，其技術(shù)細(xì) 節(jié)不再贅述。
[0052] 為了維持中頻直流自耦變的正常運行，需要維持公共交流母線的交流電壓的恒 定。一種可行的控制策略是利用第二換流器組2的所有功率單元控制公共交流母線的交流 電壓，利用第一換流器組1和第三換流器組3控制第一直流系統(tǒng)和第三直流系統(tǒng)之間傳輸 的有功功率。類似地，也可以利用第一換流器組1和第三換流器組3的所有功率單元控制 公共交流母線的交流電壓，利用第一換流器組2控制第一直流系統(tǒng)1和第二直流系統(tǒng)2之 間傳輸?shù)挠泄β省?br>[0053] 圖8為一種公共交流母線電壓控制示例，本發(fā)明記逆變方向為電流正方向，該控 制器以公共交流母線d軸電壓參考指令值（通常設(shè)為1. 0)和標(biāo)么化的公共交流母線d軸 電壓實測值Vdpu之差作為輸入，經(jīng)一定的調(diào)節(jié)器（如比例-積分調(diào)節(jié)器PI)后得到第二換 流器組2所有功率單元的d軸電流參考指令值I draf2。
[0054] 圖9所示為直流功率控制示例。其中，Pu為實測從第二直流系統(tǒng)8向第一直流 系統(tǒng)7傳輸?shù)闹绷鞴β手噶睿▎挝粯?biāo)么），P" f為P &的指令值。兩者的差值通過一定的調(diào) 節(jié)器（如比例-積分調(diào)節(jié)器PI，比例調(diào)節(jié)器等）后得到公共有功電流指令I(lǐng)draf。通常情況 下，為了保證對稱運行，第一換流器組和第三換流器組所有功率單元采用同樣的有功電流 指令。
[0055] 圖10為一種功率單元直流電壓均衡控制示例，其中Ud__x為某換流器組中第X個 功率單元的直流電壓，U ddlax為該換流器組中功率單元直流電壓的最大值。由于第一換流器 組1~第三換流器組3都分別采用了功率單元在直流側(cè)串聯(lián)，交流側(cè)并聯(lián)的聯(lián)接方式，運行 時需要維持各功率單元直流電壓的均衡，一種可行的策略為測量該換流器組中所有功率單 元的直流電壓并取其最大值U^ ax與各功率單元的直流電壓U d__x做差，該差值經(jīng)一定的調(diào) 節(jié)器（如比例積分調(diào)節(jié)器，比例調(diào)節(jié)器等）后輸出每個功率單元的d軸電流指令值附加量， 常規(guī)控制輸出的d軸電流指令值減去該d軸電流指令值附加量后得到最終的d軸電流指令 值。
[0056] 根據(jù)圖2所示換流器拓?fù)?，可知第二換流器組2的額定直流電壓為E2，第一換流器 組1和第三換流器組3的額定直流電壓均為（E 2-E1)Z^13
[0057] 記已1向L· 2傳輸?shù)念~定直流功率為P N。如果忽略損耗，可計算得Ξ"Ε2的直流電流 為：
[0058] ⑴： I -L.
[0059]