本發(fā)明屬于電力電子，更具體地，涉及一種具有故障暫態(tài)能量耗散能力的高壓直流變壓裝置及方法。
背景技術(shù)：
1、直流匯集與輸送系統(tǒng)是沙戈荒大規(guī)模新能源基地電力匯集與外送的優(yōu)選技術(shù)方案，大容量高壓直流變壓器是支撐大規(guī)模新能源直流匯集與輸送的核心裝備，需在高電壓和大電流條件下實(shí)現(xiàn)電壓變換。
2、現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足：
3、直流電網(wǎng)故障影響范圍廣，高壓直流變壓器作為直流電網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件，需要具備極高的可靠性。結(jié)構(gòu)功能雙重復(fù)用的橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器的特點(diǎn)是高低壓端口的直接電氣耦合、故障傳播路徑短、故障電流發(fā)展速度快，由于線路中感性元件的存在，會造成較高的故障暫態(tài)能量。過高的故障暫態(tài)能量不僅導(dǎo)致功率器件承受嚴(yán)重的熱應(yīng)力和電氣應(yīng)力，還可能引發(fā)連鎖故障，對系統(tǒng)的保護(hù)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
4、因此，為應(yīng)對高壓直流變壓器在內(nèi)外部故障時(shí)的暫態(tài)能量沖擊，合理配置高效故障暫態(tài)能量耗散裝置顯得尤為重要。通過科學(xué)設(shè)計(jì)故障暫態(tài)能量耗散路徑，可以有效緩解兩端線路的過電壓問題，降低設(shè)備損耗，提升系統(tǒng)的運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性，從而滿足直流電網(wǎng)對核心裝備的高標(biāo)準(zhǔn)要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種具有故障暫態(tài)能量耗散能力的高壓直流變壓裝置，實(shí)現(xiàn)雙端故障暫態(tài)能量的可控轉(zhuǎn)移。
2、一種具有故障暫態(tài)能量耗散能力的高壓直流變壓裝置，包括橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器、三相變壓器以及儲能模塊，其中：所述橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器連接在高壓端口與低壓端口之間，用于將高壓直流轉(zhuǎn)換為低壓直流；以及所述三相變壓器連接在所述橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器與所述儲能模塊之間，當(dāng)所述高壓端口或者所述低壓端口出現(xiàn)故障時(shí)，將所述橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器中的故障暫態(tài)能量轉(zhuǎn)移至所述儲能模塊。
3、具體的，所述橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器中包括：
4、高壓橋臂單元，包括a相、b相、c相三個(gè)對稱的高壓橋臂，所述高壓橋臂單元連接在所述高壓端口和公共點(diǎn)之間，每個(gè)高壓橋臂中包括多個(gè)高壓子模塊和高壓橋臂電感，所述高壓子模塊與所述高壓橋臂電感串聯(lián)連接；
5、低壓橋臂單元，包括a相、b相、c相三個(gè)對稱的低壓橋臂，所述低壓橋臂單元連接在所述低壓端口和所述公共點(diǎn)之間，每個(gè)低壓橋臂包括多個(gè)低壓子模塊和低壓橋臂電感，所述低壓子模塊與所述低壓橋臂電感串聯(lián)連接；以及
6、復(fù)用橋臂單元，包括a相、b相、c相三個(gè)對稱的復(fù)用橋臂，連接在所述公共點(diǎn)與地線之間，每個(gè)復(fù)用橋臂包括多個(gè)復(fù)用子模塊和復(fù)用橋臂電感，所述復(fù)用子模塊與所述復(fù)用橋臂電感串聯(lián)連接，其中所述高壓橋臂單元，所述低壓橋臂單元以及所述復(fù)用橋臂單元按t字型連接于公共點(diǎn)。
7、優(yōu)選的，所述高壓子模塊為全橋子模塊或者半橋子模塊。
8、優(yōu)選的，所述低壓子模塊為全橋子模塊。
9、優(yōu)選的，所述復(fù)用子模塊為全橋子模塊或者半橋子模塊。
10、本發(fā)明還公開了一種高壓直流變壓裝置的故障暫態(tài)能量耗散方法，其中所述高壓直流變壓裝置中包括橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器、三相變壓器以及儲能模塊，所述橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器連接在高壓端口和低壓端口之間，所述三相變壓器連接在所述橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器與所述儲能模塊之間，所述橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器中包括高壓橋臂單元、低壓橋臂單元以及復(fù)用橋臂單元，橋臂單元中包括子模塊與橋臂電感，包括以下步驟：
11、判斷所述高壓直流變壓裝置中的故障端口側(cè)；
12、閉鎖與所述故障端口側(cè)連接的橋臂單元中的子模塊，并在非故障端口側(cè)的橋臂單元和所述儲能模塊之間產(chǎn)生交流回路；
13、使所述復(fù)用橋臂單元的直流壓降為0；以及
14、所述交流回路轉(zhuǎn)移所述非故障端口側(cè)橋臂單元上的直流功率至所述儲能模塊。
15、優(yōu)選的，所述故障端口側(cè)為所述高壓端口或者所述低壓端口，其中所述高壓端口與所述高壓橋臂單元相連，所述低壓端口與所述低壓橋臂單元相連。
16、優(yōu)選的，當(dāng)所述高壓端口出現(xiàn)故障時(shí)，所述低壓端口側(cè)調(diào)整控制量交流電ul_ac,a和il_ac,a的大小，并根據(jù)下述公式計(jì)算：
17、
18、其中，ul_dc,a為低壓橋臂等效直流源，ul_ac,a為低壓橋臂等效交流源，il_dc,a為低壓橋臂直流電流分量，il_ac,a為交流電流分量，為交流電壓ul_ac,a與電流il_ac,a的相位差，usc_ac,a為儲能模塊等效交流源，ie,a為耗能支路電流，為電壓usc_ac,a與電流ie,a之間的相位差。
19、優(yōu)選的，當(dāng)所述低壓端口出現(xiàn)故障時(shí)，所述高壓端口側(cè)調(diào)整控制量交流電uh_ac,a和ih_ac,a的大小，并根據(jù)下述公式計(jì)算：
20、
21、其中，uh_dc,a為高壓橋臂等效直流源，uh_ac,a為高壓橋臂等效交流源，ih_dc,a為高壓橋臂直流電流分量，ih_ac,a為高壓橋臂交流電流分量，為uh_ac,a與ih_ac,a的相位差，usc_ac,a為儲能模塊等效交流源，ie,a為耗能支路電流，為usc_ac,a與ie,a之間相位差。
22、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，能夠取得以下有益效果：
23、1、在不借助外部直流斷路器的情況下實(shí)現(xiàn)雙端故障暫態(tài)能量吸收，從而有效減輕子模塊在故障期間承受的電壓和電流沖擊壓力，避免造成線路過電壓、設(shè)備損壞等問題。
24、2、儲能模塊在故障過程中吸收的能量可以用于后續(xù)故障恢復(fù)，縮短故障恢復(fù)時(shí)間，提升高壓直流變壓裝置能量利用效率和設(shè)備可靠性。
25、3、高壓直流變壓器中的高低壓橋臂中配置的全橋和半橋子模塊，在變壓器發(fā)生低壓側(cè)故障后，利用全橋和半橋子模塊反壓能力，在由短路點(diǎn)形成的放電回路中產(chǎn)生與系統(tǒng)電壓方向相反的直流電壓，以實(shí)現(xiàn)故障電流的抑制；在變壓器發(fā)生高壓側(cè)故障后，利用全橋子模塊的反壓能力抑制故障電流。
1.一種具有故障暫態(tài)能量耗散能力的高壓直流變壓裝置，其特征在于，包括橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器、三相變壓器以及儲能模塊，其中：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有故障暫態(tài)能量耗散能力的高壓直流變壓裝置，其特征在于，所述橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器中包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有故障暫態(tài)能量耗散能力的高壓直流變壓裝置，其特征在于，所述高壓子模塊為全橋子模塊或者半橋子模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有故障暫態(tài)能量耗散能力的高壓直流變壓裝置，其特征在于，所述低壓子模塊為全橋子模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有故障暫態(tài)能量耗散能力的高壓直流變壓裝置，其特征在于，所述復(fù)用子模塊為全橋子模塊或者半橋子模塊。
6.一種高壓直流變壓裝置的故障暫態(tài)能量耗散方法，其中所述高壓直流變壓裝置中包括橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器、三相變壓器以及儲能模塊，所述橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器連接在高壓端口和低壓端口之間，所述三相變壓器連接在所述橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器與所述儲能模塊之間，所述橋臂復(fù)用型高壓直流變壓器中包括高壓橋臂單元、低壓橋臂單元以及復(fù)用橋臂單元，橋臂單元中包括子模塊與橋臂電感，其特征在于，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高壓直流變壓裝置的故障暫態(tài)能量耗散方法，其特征在于，包括：所述故障端口側(cè)為所述高壓端口或者所述低壓端口，其中所述高壓端口與所述高壓橋臂單元相連，所述低壓端口與所述低壓橋臂單元相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高壓直流變壓裝置的故障暫態(tài)能量耗散方法，其特征在于，當(dāng)所述高壓端口出現(xiàn)故障時(shí)，所述低壓端口側(cè)調(diào)整控制量交流電ul_ac,a和il_ac,a的大小，并根據(jù)下述公式計(jì)算：
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高壓直流變壓裝置的故障暫態(tài)能量耗散方法，其特征在于，當(dāng)所述低壓端口出現(xiàn)故障時(shí)，所述高壓端口側(cè)調(diào)整控制量交流電uh_ac,a和ih_ac,a的大小，并根據(jù)下述公式計(jì)算：