基于开关电容的电流源型直流变压器构造机理及关键技术研究

In order to connect different dc buses in dc grid, this project proposes to research dc transformer (DCT) technology. Especially, a novel DCT concept based on current-source and switched capacitor (SCSDCT) will be proposed and researched to achieve high reliability, high efficiency and high density. Firstly, the project will analyze design mechanism of SCSDCT topology and derive a series of new topologies for different applications. On this basis, optimized modulations for specified topologies will be proposed and relationship mathematical models of electric variables will be established. Then, control strategies during steady and transient states will be analyzed, fault handling methods will be proposed for different operation modes, and customized hardware design scheme with high reliability and high density will be proposed. At last, a 100kW-level experimental platform of SCSDCT will be built and selection rules and constraints of SCSDCT for different applications will be given. The research of this project will provide theoretical and practical basis for SCSDCT and promote practical progress of DCT.

以直流输配电一体化组网为应用背景，本项目对直流变压器（dc transformer，DCT）技术展开研究；特别的，提出基于开关电容的电流源型直流变压器（current-source DCT based on switched capacitor，SCSDCT）概念，在保证高可靠性的前提下，提高效率和功率密度。本项目将探寻SCSDCT的构造机理，针对不同应用场景衍生出一系列具有高效率和高可靠性的新型拓扑；在此基础上，针对不同演变拓扑，提出优化调制方法，建立电气量耦合模型；研究稳态和暂态控制策略，提出不同模式和故障类型下的故障处理方法；结合SCSDCT的换流特性，提出定制化的高可靠紧凑化设计方案；最后，结合理论和仿真分析，搭建100kW级SCSDCT物理实验平台，给出不同应用场景各类演变方案的约束条件及选型原则。本项目将拓展DCT的研究思路，推动DCT的实用化进程。

以直流输配电一体化组网为应用背景，本项目对直流变压器（dc transformer，DCT）技术展开研究；特别的，提出基于开关电容的电流源型直流变压器（current-source DCT based on switched capacitor，SCSDCT）概念，在保证高可靠性的前提下，提高效率和功率密度。.项目探寻SCSDCT的归一化构造机理，针对不同应用场景衍生出一系列具有高效率和高可靠性的新型DCT拓扑结构，开辟DCT研究的新路径；提出SCSDCT的多维优化调制方法，建立交直流电压、电流和功率等的电气量耦合模型，给出开关特性及优化方法，为SCSDCT的应用奠定理论基础；针对不同演变拓扑，给出SCSDCT的稳态和暂态控制策略，提出不同工作模式下，直流母线故障、换流器内部故障时的故障处理方法，确保系统安全可靠运行；结合SCSDCT的换流特性，提出定制化的高可靠紧凑化设计方案，搭建SCSDCT物理实验平台，给出不同应用场合各类演变方案的约束条件以及选型原则，为SCSDCT的应用提供实践准则。.在此基础上，项目创新提出了基于IGCT-Plus器件和中频隔离的大容量直流变压器设计方案，研制了MW级IGCT直流变压器功率模块样机，并对子模块的大电流关断和大功率运行状态进行了系统性的测试，与西电、四方等公司合作，在乌兰察布“源网荷储”和东莞交直流混合配电等示范工程中应用。