高压直流变压器及其控制方法

摘要

一种高压直流变压器及其控制方法，由N台隔离型低压DC‑DC变换器构成。每台隔离型低压DC‑DC变换器的高压侧包含第一机械式旁路开关（K₁），低压侧包含第二机械式旁路开关（K₂）。正常工作时，控制系统使R台隔离型低压DC‑DC变换器处于冗余状态，其余N‑R台隔离型低压DC‑DC变换器处于正常状态，0<R<N；当内部任一台隔离型低压DC‑DC变换器出现故障时，其高压侧第一机械式旁路开关（K₁）闭合，低压侧第二机械式旁路开关（K₂）断开；无论内部电路是否出现故障，任意时刻只有N‑R台隔离型低压DC‑DC变换器承受高压直流电压，因此某部分电路被旁路时不影响输入、输出电压。

主权项

一种高压直流变压器的控制方法，所述的高压直流变压器由N台隔离型低压DC‑DC变换器通过高压侧串联、低压侧并联构成，N为任意正整数；所述的隔离型低压DC‑DC变换器的高压侧第一连接端子(T₁)和第二连接端子(T₂)之间并联有第一机械式旁路开关(K₁)；所述的隔离型低压DC‑DC变换器的低压侧第三连接端子(T₃)和第四连接端子(T₄)之间串联有第二机械式旁路开关(K₂)；第一台隔离型低压DC‑DC变换器的高压侧第一连接端子(T₁)与高压直流侧的正极连接在一起；第N台隔离型低压DC‑DC变换器的高压侧第二连接端子(T₂)与高压直流侧的负极连接在一起；第m台隔离型低压DC‑DC变换器高压侧第二连接端子(T₂)与第m+1台隔离型低压DC‑DC变换器高压侧第一连接端子(T₁)连接在一起，1<m<N；N台隔离型低压DC‑DC变换器的低压侧第三连接端子(T₃)与低压直流侧的正极共同连接一起；N台隔离型低压DC‑DC变换器的低压侧第四连接端子(T₄)与低压直流侧的负极共同连接一起；所述的隔离型低压DC‑DC变换器由机械式旁路开关(K₁、K₂)、半导体开关(S₁‑S₆)、电容器(C₁‑C₄)、高频变压器(HFT)以及无源器件(Z₁、Z₂)构成；第一机械式旁路开关(K₁)与第二半导体开关(S₂)并联；第一半导体开关(S1)与第二半导体开关(S₂)串联连接，即第一半导体开关(S₁)的发射极与第二半导体开关(S₂)的集电极连接在第一连接端子(T₁)；第一电容器(C₁)与第二电容器(C₂)串联连接，连接点为第一公共连接点(a)；第三半导体开关(S₃)与第四半导体开关(S₄)串联连接，即第三半导体开关(S₃)的发射极与第四半导体开关(S₄)的集电极连接在第二公共连接点(b)；第三电容器(C₃)与第四电容器(C₄)串联连接，其公共连接点为第四公共连接点(d)；第五半导体开关(S₅)与第六半导体开关(S₆)串联连接，即第五半导体开关(S₅)的发射极与第六半导体开关(S₆)的集电极连接在第三公共连接点(c)；第一半导体开关(S₁)的集电极与第一电容器(C₁)的正极、第三半导体开关(S₃)的集电极连接在第五连接点(P₅)；第二半导体开关(S₂)的发射极与第二电容器(C₂)的负极、第四半导体开关(S₄)的发射极连接在第二连接端子(T₂)；第五半导体开关(S₅)的集电极与第三电容器(C₃)的正极连接于第六连接点(P₆)；第六半导体开关(S₆)的发射极与第四电容器(C₄)的负极连接在第四连接端子(T₄)；第二机械机械式旁路开关(K₂)的一端连接到第六连接点(P₆)，第二机械机械式旁路开关(K₂)的另一端作为第三连接端子(T₃)；第一、第二两个公共连接点(a、b)与第一无源器件(Z₁)以及高频变压器(HFT)的高压侧绕组串联连接；第三公共连接点(c)和第四公共连接点(d)与第二无源器件(Z₂)以及高频变压器(HFT)的低压侧绕组串联连接；其特征在于所述的控制方法为：所述的高压直流变压器中，N台隔离型低压DC‑DC变换器中的R台为冗余工作状态，且0<R<N；正常情况下，N台隔离型低压DC‑DC变换器的高压侧第一机械式旁路开关(K₁)均处于关断状态，而其低压侧第二机械式旁路开关(K₂)均处于闭合状态；在任意一个控制周期内，N‑R台隔离型低压DC‑DC变换器的高压侧串联连接到高压直流侧，即隔离型低压DC‑DC变换器高压侧的第一半导体开关(S₁)为导通状态，而第二半导体开关(S₂)为关断状态；同时，其余的R台隔离型低压DC‑DC变换器的高压侧第一半导体开关(S₁)为关断状态，而第二半导体开关(S₂)为导通状态，即R台隔离型低压DC‑DC变换器的高压侧未被串联到高压直流中；由于每台隔离型低压DC‑DC变换器的低压侧并联在一起且变换器功率能够双向流动，因此N台隔离型低压DC‑DC变换器的高压侧电压均相等，且均等于高压直流电压的1/(N‑R)；当任意一台隔离型低压DC‑DC变换器的内部出现损坏或故障时，其高压侧的第一机械式旁路开关(K₁)闭合，同时其低压侧的机械式旁路开关(K₂)断开，使得发生损坏或故障的隔离型低压DC‑DC变换器与其余部分电路的联系切断；该故障的隔离型低压DC‑DC变换器被旁路之后，在任意一个控制周期内仍然只有N‑R台隔离型低压DC‑DC变换器的高压侧串联连接到了高压直流侧，不影响整个高压直流变压器的正常工作，也不影响输入电压、输出电压的额定设计值。