新型混合式高壓直流輸電DC/DC變換器

李彬彬, 張書鑫, 程　達, 王　衛, 徐殿國

(哈爾濱工業大學電氣工程及自動化學院, 黑龍江省哈爾濱市 150001)

0　引言

隨著風力發電、光伏發電等新能源發電技術的快速發展,電能的消納與送出成為了目前制約中國可再生能源發展的瓶頸問題[1]。基于電壓源型換流器的柔性直流輸電技術則是解決可再生能源接入、送出問題的有效途徑[2-3],尤其是模塊化多電平換流器(MMC)拓撲的成功應用,使柔性直流輸電技術得到了迅猛發展,僅過去5年間全球即有數十個柔性直流輸電工程投入運行或正在規劃建設[4]。在此背景下,多個國家已開始將多條直流線路構建成多端輸電甚至是直流電網,以更好地實現大規模可再生能源接納,提升直流系統的穩定性[5-6]。但正如變壓器對于傳統交流電網的重要性一樣,直流電網中也需要變壓設備來實現不同電壓等級直流線路的互聯[7]。然而直流變壓無法利用電磁感應原理,必須依賴于電力電子變換器。盡管目前低壓應用中存在有大量的DC/DC變換器拓撲,但這些拓撲由于器件應力、損耗、成本、體積等不同制約因素而無法拓展到高壓大容量應用中。

對于高壓大容量直流系統互聯,Jovcic教授較早地提出了一類晶閘管LC諧振型DC/DC變換器[8-9],但諧振導致全部器件的電壓應力至少需按高壓側電壓的1.4倍進行設計,元件數目過多且輸入、輸出諧波嚴重。為解決這一問題,近年來學者們陸續提出了一系列基于模塊化原理的高壓DC/DC拓撲[10-11],采用子模塊串聯的方式來有效分擔器件應力及開關損耗。……