可隔離直流故障的直流電網用DC/DC變換器拓撲

朱思丞, 趙成勇, 李　帥, 李承昱, 許建中

(新能源電力系統國家重點實驗室(華北電力大學), 北京市 102206)

0　引言

近年來,柔性直流輸電技術及其在直流電網中的應用受到廣泛關注[1-5]。高壓大容量DC/DC變換器是直流電網中的關鍵設備,可以連接各個電壓等級的直流線路,提高直流電網功率的可控性[6-7]。因此,研究適用于直流電網的DC/DC變換器拓撲及其控制策略,具有重要的理論價值和工程意義。

柔性直流系統的“低慣量”和“弱阻尼”特性,導致直流電網耐受嚴重直流短路故障的能力極差,因此直流電網的故障隔離和清除策略已成為相關領域的研究熱點,DC/DC變換器可以在直流故障期間發揮故障區域隔離和輔助非故障區域功率快速恢復,國內外學者提出了一系列具備工程可行性的技術方案[8-19]。

截至目前,具備處理直流故障能力的DC/DC變換器主要包括兩類:一是半橋式模塊化多電平換流器(MMC)組成的DC/DC變換器通過閉鎖MMC觸發信號實現故障隔離[2];二是直流自耦變壓器[8-12]和半橋全橋混合MMC組成的DC/DC變換器[13-15]。

文獻[8-9]提出了直流自耦變壓器結構,其故障隔離能力取決于自耦變壓器變比,且相同功率等級下運行效率更高。

文獻[10-12]研究DC/DC自耦變壓器在基于自阻型MMC和直流斷路器(DCCB)的直流自耦變保護,該技術在中、低變比領域相比于常規DC/AC/DC技術具有明顯技術優勢,且損耗較小。

文獻[13]介紹了一種類似于自耦變壓器的 DC/DC變換器,其消除了內部交流環節,成本較低,但當電壓變比過大時,內部沒有電氣隔離,無法阻止故障電流的傳播,不適用于大功率場合。……