《NBTXXXXX直流配電系統(tǒng)用直流變壓器技術(shù)規(guī)范（2023）》

NB/TXXXXX—XXXX

直流配電系統(tǒng)用直流變壓器技術(shù)規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了直流配電系統(tǒng)用直流變壓器的術(shù)語(yǔ)和定義，使用條件、額定值、技術(shù)要求、試驗(yàn)、文

件和資料、包裝、貯存、運(yùn)輸和標(biāo)識(shí)等。

本文件適用于與直流配電系統(tǒng)連接的直流變壓器。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T191包裝儲(chǔ)運(yùn)圖示標(biāo)志

GB/T311.1高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合

GB/T3859.1—2013半導(dǎo)體變流器通用要求和電網(wǎng)換相變流器第1-1部分：基本要求規(guī)范

GB/T1094.3電力變壓器第3部分：絕緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙

GB/T1094.10電力變壓器第10部分：聲級(jí)測(cè)定

GB/T4208外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼）

GB/T13384機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件

GB/T13540高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的抗震要求

GB/T16927.1高電壓試驗(yàn)技術(shù)第1部分：一般定義及試驗(yàn)要求

GB/T17626.30電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)電能質(zhì)量測(cè)量方法

GB/T33348—2016高壓直流輸電用電壓源換流器閥電氣試驗(yàn)

GB50260電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

直流配電系統(tǒng)DCpowerdistributionsystem

以直流方式實(shí)現(xiàn)與用戶電氣系統(tǒng)交換電能的配電系統(tǒng)。

注：直流配電系統(tǒng)通常包括電壓源換流器、直流變壓器、直流開關(guān)、直流線路和控制保護(hù)等設(shè)備(或子系統(tǒng)）。

3.2

直流配電系統(tǒng)用直流變壓器DCtransformerforDCdistributionsystem

用于直流配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)變換或相同電壓等級(jí)電氣隔離的直流/直流電力電子變換裝置。

注：直流配電系統(tǒng)用直流變壓器包含電力電子變換器本體及其屏柜，不包含安裝集裝箱或建筑物。

3.3

功率模塊powermodule

由開關(guān)器件、電容器、緩沖吸收電路等組成的直流變壓器的標(biāo)準(zhǔn)組件。

注：常見(jiàn)的包括半橋功率模塊、全橋功率模塊等。

3.4

功率單元powerunit

1

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由功率模塊、隔離變壓器（如有）、電抗器（如有），控制保護(hù)裝置等組成的直流變壓器的標(biāo)準(zhǔn)組

件。

3.5

直流端口DCport

直流變壓器與其相連接的外部系統(tǒng)進(jìn)行能量傳輸?shù)亩丝凇?/p>

4使用條件

4.1正常使用環(huán)境條件

4.1.1周圍環(huán)境溫度和濕度

直流配電系統(tǒng)用直流變壓器（以下簡(jiǎn)稱直流變壓器）正常使用的周圍環(huán)境溫度和濕度應(yīng)滿足以下要

求：

a)溫度范圍：0℃～45℃；

b)最大相對(duì)濕度：≤60%（不凝露）。

其他特殊條件（如果有）應(yīng)由制造商與用戶協(xié)商確定。

4.1.2海拔

直流變壓器應(yīng)在海拔1000m及以下使用。

當(dāng)海拔高于1000m時(shí)，應(yīng)予以修正。修正方法由制造商與用戶協(xié)商確定。

4.1.3抗震

直流變壓器的設(shè)計(jì)和使用應(yīng)考慮站址的地震條件,并符合GB/T13540的規(guī)定。

4.2安裝場(chǎng)所

直流變壓器的安裝場(chǎng)所應(yīng)無(wú)劇烈機(jī)械振動(dòng)和沖擊，無(wú)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)的介質(zhì)，無(wú)腐蝕、破壞絕緣的

氣體或?qū)щ娊橘|(zhì)，無(wú)有害氣體及蒸汽。

4.3接入系統(tǒng)條件

直流變壓器接入的直流配電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)應(yīng)符合GB/T35727-2017的規(guī)定。

其他特殊條件（如果有）應(yīng)由制造商與用戶協(xié)商確定。

5技術(shù)要求

5.1結(jié)構(gòu)型式

5.1.1一次功率端口

直流變壓器應(yīng)根據(jù)直流配電系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景需求，提供不同電壓等級(jí)的直流端口。直流變壓器的直流

側(cè)采用單極或雙極系統(tǒng)。

5.1.2二次信號(hào)接口

直流變壓器應(yīng)根據(jù)直流配電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景需求，提供通信、測(cè)量、控制、對(duì)時(shí)等接口。

5.1.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

直流變壓器的常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)附錄A.2。

5.2基本功能

直流變壓器應(yīng)具備不同直流端口電壓變換和功率傳輸?shù)哪芰Α?/p>

2

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5.3額定值

5.3.1額定電壓

直流變壓器的額定電壓宜為：±375V、±750V、±1500V、±5kV、±6kV、±10kV、±20kV、

±35kV、±50kV、±100kV。

其他特殊端口電壓應(yīng)由制造商與用戶協(xié)商確定。

5.3.2額定功率

直流變壓器的額定功率為可連續(xù)運(yùn)行的最大傳輸功率，應(yīng)根據(jù)具體工程要求選取。

直流變壓器的端口額定功率為該端口可連續(xù)運(yùn)行的最大輸入或輸出功率。

5.4電氣性能

5.4.1運(yùn)行模式

根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，直流變壓器的端口通常有恒定電壓模式、恒定功率（電流）模式、恒定電壓

變比模式或開環(huán)模式。

5.4.2穩(wěn)態(tài)性能

5.4.2.1調(diào)節(jié)精度

直流變壓器在額定工況下的直流穩(wěn)態(tài)電壓或電流控制精度不應(yīng)低于3%。

5.4.2.2損耗

直流變壓器的損耗包括負(fù)載運(yùn)行損耗、空載運(yùn)行損耗、備用態(tài)損耗等。

直流變壓器在各種工況下的損耗為直流變壓器各組成部分的測(cè)量或計(jì)算損耗的總和：

a)功率模塊的損耗可根據(jù)工廠對(duì)單個(gè)橋元件的測(cè)量值計(jì)算，損耗數(shù)據(jù)包括模塊中使用的所有部

件的損耗，例如半導(dǎo)體開關(guān)器件、緩沖電路等；

b)中高頻變壓器的基頻和諧波頻率損耗通過(guò)空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)確定。電抗器損耗測(cè)量方法按

照GB/T25092的規(guī)定進(jìn)行；

c)控制和輔助設(shè)備的損耗包括冷卻、控制和輔助電源等的損耗。

5.4.2.3紋波特性

在額定電壓和輸出額定功率條件下，諧波電流疊加輸出方均根值不應(yīng)超過(guò)0.2倍額定電流。如果評(píng)

估表明直流變壓器在直流連接點(diǎn)處產(chǎn)生的諧波超出了允許范圍，應(yīng)安裝共模抑制電抗器、直流電抗器或

直流濾波器等，以保證諧波在規(guī)定的限值內(nèi)。

5.4.2.4可聽噪聲

對(duì)于戶內(nèi)安裝為屏柜殼體方式的直流變壓器，距其屏柜水平距離1m，垂直高度1.5m處測(cè)得的可

聽噪聲平均值不應(yīng)大于90dB。

對(duì)于戶外安裝為集裝箱殼體方式的直流變壓器，距其集裝箱水平距離1m，垂直高度1.5m處測(cè)得

的可聽噪聲平均值不應(yīng)大于90dB。

5.4.2.5運(yùn)行效率

在額定電壓和額定容量下，直流變壓器通過(guò)熱測(cè)試或電測(cè)試的最高運(yùn)行效率不應(yīng)小于95%。

5.4.2.6過(guò)載能力

根據(jù)直流變壓器的實(shí)際運(yùn)行場(chǎng)景，由制造商與用戶協(xié)商直流變壓器是否應(yīng)具有過(guò)載能力。如需具有

且無(wú)特殊要求，通常認(rèn)為具有長(zhǎng)期1.1倍和60s1.2倍的過(guò)載能力。

5.4.3動(dòng)態(tài)性能

5.4.3.1直流系統(tǒng)故障類型

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直流變壓器設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)應(yīng)考慮以下直流系統(tǒng)故障：

a)母線或線路極間短路故障；

b)母線或線路單極接地故障；

c)斷線故障。

直流變壓器應(yīng)能正確檢測(cè)到故障并保護(hù)，不危及設(shè)備安全。

針對(duì)具有瞬時(shí)性故障快速恢復(fù)的應(yīng)用，要求直流變壓器能夠輸出負(fù)電壓，幫助線路故障電流快速衰

減，并能在滿足預(yù)先設(shè)定的條件情況后，嘗試恢復(fù)運(yùn)行。

如果故障點(diǎn)仍存在，或發(fā)生繼發(fā)性故障，直流變壓器能再次完成故障檢測(cè)與保護(hù)。

5.4.3.2電壓耐受能力

直流變壓器的電壓耐受能力應(yīng)結(jié)合直流配電系統(tǒng)運(yùn)行要求，根據(jù)過(guò)電壓與絕緣專題研究報(bào)告確定。

直流變壓器應(yīng)具有承受額定電壓、過(guò)負(fù)荷電壓以及各種電壓的能力，具體要求如下：

a)1.1p.u.，長(zhǎng)期；

b)1.2p.u.，60s。

5.4.3.3電流耐受能力

直流變壓器應(yīng)具有承受額定電流、過(guò)負(fù)荷電流以及各種電流的能力，具體要求如下：

a)1.1p.u.，長(zhǎng)期；

b)1.2p.u.，60s。

5.4.3.4電壓緊急支撐能力

直流變壓器可通過(guò)下述方式向直流配電系統(tǒng)提供支撐：

a)緊急功率控制；

b)電壓支撐；

c)注入短路電流。

直流變壓器能快速調(diào)整有功功率傳輸方向和功率水平，向失去電源的直流配電線路提供功率支撐。

直流變壓器能向與其連接的直流配電線路提供快速的電壓支撐，限制電壓暫降，改善電能質(zhì)量。

當(dāng)直流變壓器作為直流配電系統(tǒng)電源時(shí)，為了得到可靠的過(guò)電流保護(hù)，如需直流變壓器提供一定的

短路電流，其能承受的最大短路電流不應(yīng)超過(guò)其器件安全運(yùn)行范圍。

5.4.3.5直流側(cè)故障下的耐受能力

當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生單極接地故障而要求不停運(yùn)時(shí)，從故障發(fā)生到故障切除的這段時(shí)間內(nèi)，直流變壓器

能承受故障電流和暫態(tài)電壓。

當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生雙極接地故障時(shí)，直流變壓器能迅速切除短路電流，保證自身不受損壞。

其他故障耐受能力，由制造商與用戶協(xié)商確定。

5.4.4絕緣水平

直流變壓器的絕緣水平包括端口絕緣和對(duì)地絕緣。其中，端口絕緣包括直流端口絕緣、交流端口絕

緣（如有）和交流端口間絕緣（如有），對(duì)地絕緣包括直流端口對(duì)地絕緣和交流端口對(duì)地絕緣（如有）。

直流變壓器的直流端口絕緣和交流端口絕緣由額定工作電壓決定，交流端口絕緣和交流端口間絕緣

具體應(yīng)按照GB/T1094.3的規(guī)定執(zhí)行。直流變壓器的直流端口對(duì)地絕緣和交流端口對(duì)地絕緣由其所接入

的系統(tǒng)決定。

5.5機(jī)械性能

直流變壓器的結(jié)構(gòu)和安裝箱體（集裝箱）的制造質(zhì)量、主電路連接及電氣元件安裝等符合下列要求：

a)直流變壓器宜采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)情況推薦采用戶內(nèi)屏柜安裝或者戶外集裝箱安裝方式；

b)直流變壓器應(yīng)承受由于各種故障產(chǎn)生的電動(dòng)力；

c)箱體內(nèi)應(yīng)具有安全措施以防止操作人員直接接觸帶電部分；

d)直流變壓器的觸發(fā)系統(tǒng)的光纖應(yīng)便于插拔和更換。

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5.6冗余

根據(jù)可靠性要求，基于系統(tǒng)總體失效率估算直流變壓器功率部件冗余度。直流變壓器功率部件的冗

余度不宜小于8%。

5.7監(jiān)控功能

直流變壓器的控制單元應(yīng)保證一次系統(tǒng)正?；蚬收蠗l件下正常工作，在任何情況下都不應(yīng)因?yàn)榭刂?/p>

系統(tǒng)的工作不當(dāng)而造成直流變壓器的損壞。在冗余級(jí)全部損壞后，功率模塊控制單元應(yīng)發(fā)出警報(bào)。如有

更多的功率模塊損壞，應(yīng)及時(shí)向控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出信息閉鎖直流變壓器。控制單元單一元件故障，不應(yīng)

引起系統(tǒng)停運(yùn)。

功率模塊控制單元還應(yīng)具備如下監(jiān)控功能：

a)正確響應(yīng)控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令；

b)正確反饋功率模塊控制單元狀態(tài)信息；

c)滿足系統(tǒng)對(duì)功率模塊控制的其他要求，例如環(huán)流抑制、功率階躍、保護(hù)、電壓波動(dòng)等。

對(duì)于直流配電系統(tǒng)使用的直流變壓器，直流變壓器級(jí)控制和功率模塊控制設(shè)備可使用同一控制硬件，

并具備本條規(guī)定的全部功能。

5.8保護(hù)功能

為保護(hù)直流變壓器，通常配置如下的保護(hù)：

a)直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)；

b)直流側(cè)過(guò)電流保護(hù)；

c)功率模塊故障保護(hù)；

d)冷卻系統(tǒng)故障保護(hù)；

e)功率模塊冗余保護(hù)；

f)冷卻系統(tǒng)進(jìn)、出水溫度保護(hù)（使用水冷時(shí)）；

g)變壓器保護(hù)（包含變壓器直流偏磁）；

h)通信保護(hù)。

保護(hù)系統(tǒng)單一元件故障，不應(yīng)引起系統(tǒng)停運(yùn)。當(dāng)需要配置特殊保護(hù)時(shí)，由制造商與用戶協(xié)商確定，

并與系統(tǒng)級(jí)保護(hù)配合。

5.9安全要求

如果使用環(huán)境中有能引起火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)的介質(zhì)，在直流變壓器的內(nèi)部和外側(cè)應(yīng)采取措施防止引燃

危險(xiǎn)和火焰蔓延。

裝置考慮以下設(shè)計(jì)：

a)非金屬材料全部采用阻燃材料，阻燃等級(jí)宜為UL94-V0級(jí)別；

b)裝置的外殼防護(hù)應(yīng)符合GB/T4208的規(guī)定，不低于IP20；

c)裝置的接地應(yīng)符合GB50065對(duì)接地的要求。

如有其他安全要求時(shí)，由制造商與用戶協(xié)商確定。

5.10絕緣等級(jí)

選用的絕緣材料的耐熱等級(jí)應(yīng)為H級(jí)。

5.11溫升限值

額定運(yùn)行工況下，高頻隔離變壓器繞組平均溫升不應(yīng)超過(guò)125K，絕緣材料溫度不應(yīng)超過(guò)180℃，

薄膜電容器溫度不應(yīng)超過(guò)60℃，開關(guān)器件結(jié)溫由用戶與制造商協(xié)商。

5.12冷卻系統(tǒng)

直流變壓器應(yīng)配有冷卻系統(tǒng)，以確保正常運(yùn)行時(shí)不因溫度過(guò)高而損壞。冷卻方式可采用自然冷卻、

空氣冷卻、水—水冷卻和水—風(fēng)冷卻等。

冷卻系統(tǒng)的控制/保護(hù)/測(cè)量系統(tǒng)滿足如下基本要求：

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a)應(yīng)在各種運(yùn)行條件下確保冷卻系統(tǒng)安全、正確、可靠地運(yùn)行；

b)應(yīng)采用基于溫度控制的閉環(huán)控制模式，對(duì)直流變壓器實(shí)施有效冷卻；

c)應(yīng)準(zhǔn)確檢測(cè)冷卻系統(tǒng)的各種故障，并正確產(chǎn)生報(bào)警或跳閘信號(hào)；

d)宜采用雙冗余設(shè)計(jì)，包括電源與通信，主備系統(tǒng)切換時(shí)，不會(huì)引起傳輸功率的下降；

e)冷卻系統(tǒng)供電電源消失時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并降低傳輸功率或者跳閘，以保證直流變壓器

不因過(guò)熱而損壞。

f)應(yīng)明確與直流變壓器控制保護(hù)系統(tǒng)的接口要求。

5.13接口

直流變壓器的接口包括：

a)控制/保護(hù)接口：

1)電源接口；

2)通信接口；

3)測(cè)量接口；

4)控制接口。

b)功率回路接口：

1)直流側(cè)接口；

2)交流側(cè)接口；

3)控制接口。

在開展接口設(shè)計(jì)時(shí)，直流變壓器相關(guān)設(shè)備的制造商應(yīng)互相配合，接口的規(guī)格和規(guī)約應(yīng)由直流變壓器

成套設(shè)計(jì)方與相關(guān)設(shè)備制造商協(xié)商確定。

5.14輔助電源設(shè)備

輔助電源設(shè)備指除為直流變壓器功率變換系統(tǒng)之外的所有需要用電力的負(fù)載設(shè)備提供電能的設(shè)備，

通常包括交流電源、不間斷電源和直流電源三類，根據(jù)控制保護(hù)設(shè)備的硬件要求進(jìn)行選擇。輔助電源設(shè)

備對(duì)于裝置關(guān)鍵部件宜采用雙冗余供電方式。

5.15試驗(yàn)要求

5.15.1整機(jī)絕緣試驗(yàn)要求

直流變壓器的整機(jī)絕緣試驗(yàn)應(yīng)滿足以下要求：

a)直流變壓器不允許擊穿或外部閃絡(luò),或者構(gòu)成直流變壓器結(jié)構(gòu)的絕緣材料部分、冷卻水管、光

導(dǎo)或脈沖傳輸及分配系統(tǒng)不允許有破壞性放電；

b)直流變壓器應(yīng)耐受試驗(yàn)電壓且不發(fā)生誤動(dòng)作或絕緣擊穿。

5.15.2功率模塊試驗(yàn)要求

直流變壓器的功率模塊試驗(yàn)滿足以下要求：

a)直流變壓器的各項(xiàng)脈沖測(cè)試應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求；

b)直流變壓器在滿載運(yùn)行中功率模塊的額定功率輸出跟隨性能以及在負(fù)載突變的情況下其直流

電壓穩(wěn)定性能應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；

c)直流變壓器長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行工況下輸出波形應(yīng)正常，功率模塊各組部件的溫度和溫升符合設(shè)計(jì)要求；

d)直流變壓器的過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)溫以及通信斷線故障保護(hù)和內(nèi)部故障保護(hù)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

5.15.3整機(jī)功能試驗(yàn)要求

直流變壓器的整機(jī)功能試驗(yàn)應(yīng)滿足以下要求：

a)直流變壓器的功能性試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)和控制要求；

b)直流變壓器的接地試驗(yàn)和短路試驗(yàn)的各動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求；

c)故障線路切除后，直流變壓器能可靠重啟，恢復(fù)供電。

6試驗(yàn)

6

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6.1試品

本文件給出了直流變壓器的一般電氣試驗(yàn)方法。

試驗(yàn)應(yīng)在完整的直流變壓器或直流變壓器組件上進(jìn)行。主要根據(jù)直流變壓器的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)場(chǎng)地的容

許選擇。

受試的直流變壓器或直流變壓器組件應(yīng)與所有的輔助元件組裝在一起。需要時(shí),應(yīng)包括相應(yīng)比例的

直流變壓器避雷器。避雷器應(yīng)和受試的直流變壓器電壓成比例,提供至少與實(shí)際應(yīng)用的避雷器最大特性

相一致的保護(hù)水平。

冷卻液應(yīng)處于典型的運(yùn)行工況。特別是流量和溫度，應(yīng)設(shè)置成試驗(yàn)所考慮的最不利值，相應(yīng)元件的

溫度等于實(shí)際工作中的溫度。

6.2試驗(yàn)項(xiàng)目

直流變壓器的試驗(yàn)項(xiàng)目包括：外觀和結(jié)構(gòu)檢查、整機(jī)絕緣試驗(yàn)、功率模塊試驗(yàn)和整機(jī)功能試驗(yàn)，具

體的試驗(yàn)項(xiàng)目和要求如表1所示。

表1直流變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目

試驗(yàn)項(xiàng)目型式試驗(yàn)例行試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)

外觀檢查●●●

外觀和結(jié)構(gòu)檢查結(jié)構(gòu)檢查●●●

電路檢查●●●

端對(duì)地工頻耐壓●●●

端對(duì)地直流耐壓●●○

局部放電試驗(yàn)○○○

整機(jī)絕緣試驗(yàn)

端對(duì)地雷電沖擊試驗(yàn)●●○

端間直流耐壓試驗(yàn)○○○

端間雷電沖擊試驗(yàn)○○○

雙脈沖試驗(yàn)

●●○

可關(guān)斷能力試驗(yàn)

●●○

滿載運(yùn)行試驗(yàn)

●●○

溫升試驗(yàn)

功率模塊試驗(yàn)●●○

直流過(guò)壓保護(hù)試驗(yàn)

●●○

直流過(guò)流保護(hù)試驗(yàn)

●●○

通訊斷線故障保護(hù)試驗(yàn)

●●○

充電觸發(fā)試驗(yàn)

●●●

啟動(dòng)試驗(yàn)

●●●

整機(jī)功能試驗(yàn)

運(yùn)行試驗(yàn)

●●●

負(fù)載投切試驗(yàn)

●○●

7

NB/TXXXXX—XXXX

表1直流變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目（續(xù)）

試驗(yàn)項(xiàng)目型式試驗(yàn)例行試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)

停機(jī)試驗(yàn)

●●●

效率測(cè)試試驗(yàn)

●●●

直流側(cè)單極接地試驗(yàn)

●○●

整機(jī)功能試驗(yàn)

直流側(cè)極間短路試驗(yàn)

○○○

電能質(zhì)量測(cè)試

●○●

聲級(jí)測(cè)試

●○●

注：●為必做項(xiàng)目，○為選做項(xiàng)目，由用戶和制造商協(xié)商。端對(duì)地工頻耐壓及局部放電和端對(duì)地直流耐壓及局部放

電根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件二選一。

6.3外觀和結(jié)構(gòu)檢查

6.3.1外觀檢查

銘牌標(biāo)識(shí)應(yīng)清晰、正確，外表面應(yīng)無(wú)起泡、裂紋、流痕等缺陷，外觀檢查按GB/T33348—2016中

13.4.1的規(guī)定進(jìn)行。

6.3.2結(jié)構(gòu)檢查

內(nèi)部空氣間隙和爬電距離應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)件應(yīng)按設(shè)計(jì)要求安裝到位，螺絲應(yīng)做好緊固標(biāo)記。

6.3.3電路檢查

功率模塊二次電路板卡應(yīng)安裝到位，主回路接線和連接配線應(yīng)正確。

6.4整機(jī)絕緣試驗(yàn)

6.4.1端對(duì)地工頻耐壓試驗(yàn)

直流變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)短接，其他非被試側(cè)短接接地，將工頻交流電壓施加在高壓側(cè)短接的端子與

地之間。起始電壓應(yīng)低于規(guī)定值U1，在10s內(nèi)升至另一規(guī)定值U2，保持1min，之后降至規(guī)定值U1，保

持10min，最后1min記錄局部放電量，然后降低電壓至零。U1和U2由系統(tǒng)研究確定。

6.4.2端對(duì)地直流耐壓試驗(yàn)

直流變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)短接，其他非被試側(cè)短接接地，將直流電壓施加在高壓側(cè)短接的端子與地之

間。起始電壓應(yīng)低于規(guī)定值U3，在10s內(nèi)升至規(guī)定值U4，保持60min，之后降至零，期間記錄局部放

電量。U3和U4由系統(tǒng)研究確定。

6.4.3局部放電試驗(yàn)

在6.4.1和6.4.2試驗(yàn)期間，進(jìn)行局部放電試驗(yàn)。

6.4.4端對(duì)地雷電沖擊試驗(yàn)

直流變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)短接，其他非被試側(cè)短接接地，高壓側(cè)短接端子與地之間施加3次正極性和3

次負(fù)極性雷電沖擊電壓，沖擊電壓峰值為規(guī)定值U5，試驗(yàn)電壓波形應(yīng)符合GB/T16927.1的規(guī)定，使用

示波器或數(shù)字記錄儀記錄試驗(yàn)波形。U5由系統(tǒng)研究確定。

6.4.5端間直流耐壓試驗(yàn)

試驗(yàn)方法按照GB/T33348-2016的6.4規(guī)定進(jìn)行。

8

NB/TXXXXX—XXXX

起始電壓不應(yīng)大于最大試驗(yàn)電壓的50%,電壓應(yīng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)上升至規(guī)定的10s試驗(yàn)電壓，然

后降低至規(guī)定的3h試驗(yàn)電壓，保持3h恒定，然后降電壓至零。

6.4.6端間雷電沖擊試驗(yàn)

試驗(yàn)方法按照GB/T33348-2016的7.3規(guī)定進(jìn)行。

應(yīng)采用符合GB/T16927.1的要求雷電沖擊電壓波形。

在直流變壓器上施加3次規(guī)定幅值的雷電沖擊電壓。

6.5功率模塊試驗(yàn)

6.5.1功率模塊試驗(yàn)回路

功率模塊試驗(yàn)可采用直接負(fù)載法或圖1所示的背靠背對(duì)拖法。根據(jù)不同產(chǎn)品的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可采用單

模塊或多模塊，用于驗(yàn)證功率模塊在各種工況下的運(yùn)行情況和保護(hù)功能。

試品

電源功率模塊

輔助

功率模塊

圖1功率模塊背靠背對(duì)拖試驗(yàn)回路示意圖

6.5.2雙脈沖試驗(yàn)

功率模塊完成充電，升高輸入電壓至額定值，然后進(jìn)行雙脈沖試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

6.5.3可關(guān)斷能力試驗(yàn)

功率模塊完成充電，升高輸入電壓至額定值，然后進(jìn)行關(guān)斷電流測(cè)試，其試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

6.5.4滿載運(yùn)行試驗(yàn)

功率模塊完成充電，控制直流電壓和功率至額定值，在額定功率處調(diào)整功率參考值，功率模塊的功

率輸出跟隨性能以及在負(fù)載突變的情況下其直流電壓穩(wěn)定性能應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；在最高允許運(yùn)行溫度下

運(yùn)行2h后，直到功率模塊各組部件的溫度達(dá)到穩(wěn)定值，測(cè)量輸出波形，其試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合6.15.2的功

率模塊試驗(yàn)。

6.5.5溫升試驗(yàn)

功率模塊完成充電，控制直流電壓和功率至額定值，在額定功率處調(diào)整功率參考值，功率模塊的功

率輸出跟隨性能以及在負(fù)載突變的情況下其直流電壓穩(wěn)定性能應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；在最高允許運(yùn)行溫度下

運(yùn)行2h后，直到功率模塊各組部件的溫度達(dá)到穩(wěn)定值，其試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合6.15.2的功率模塊試驗(yàn)。

6.5.6直流過(guò)壓保護(hù)試驗(yàn)

功率模塊完成充電，控制功率模塊直流電壓至額定值，逐漸提升功率模塊直流電壓高于保護(hù)定值，

測(cè)試直流過(guò)壓保護(hù)性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。

6.5.7直流過(guò)流保護(hù)試驗(yàn)

功率模塊完成充電，控制功率模塊直流電壓至額定值，逐漸提升功率模塊直流電流高于保護(hù)定值，

測(cè)試直流過(guò)流保護(hù)性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。

6.5.8通訊斷線故障保護(hù)試驗(yàn)

功率模塊完成充電，控制功率模塊直流電壓至額定值，拔掉通信光纖，測(cè)試通信斷線故障保護(hù)是否

滿足要求。斷開功率模塊驅(qū)動(dòng)板卡或控制器的電源、或人為設(shè)置內(nèi)部通信故障，測(cè)試內(nèi)部故障保護(hù)是否

滿足設(shè)計(jì)要求。

6.6整機(jī)功能試驗(yàn)

9

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6.6.1系統(tǒng)調(diào)試回路

對(duì)于變比為1:1的直流變壓器，可采用自功率循環(huán)的方式進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，即通過(guò)直流電感將直流變

壓器的兩端相連以進(jìn)行自身功率循環(huán)，試驗(yàn)回路如圖2所示。

電源直流變壓器

圖2直流變壓器功率循環(huán)回路示意圖

對(duì)于變比不為1:1的直流變壓器，可通過(guò)配置一臺(tái)同容量的直流變壓器進(jìn)行對(duì)拖試驗(yàn)，對(duì)拖試驗(yàn)回

路如圖3a）所示。若無(wú)法滿足上述條件，可通過(guò)在直流變壓器的中低壓側(cè)配置一臺(tái)同容量的逆變器，進(jìn)

行交流并網(wǎng)對(duì)拖，對(duì)拖試驗(yàn)回路如圖3b）所示。

被試

交流電AC

電源直流變壓器直流變壓器

源DC

陪試

逆變器

直流變壓器

a）測(cè)試方法1b）測(cè)試方法2

圖3變比不為1:1的直流變壓器功率測(cè)試回路示意圖

6.6.2充電觸發(fā)試驗(yàn)

直流變壓器整機(jī)組裝完畢后，確認(rèn)功率模塊、控制保護(hù)裝置及保護(hù)功能正常，依次進(jìn)行低壓功率模

塊觸發(fā)試驗(yàn)、高低壓側(cè)功率模塊觸發(fā)試驗(yàn)，驗(yàn)證整機(jī)功能是否符合設(shè)計(jì)要求。

6.6.3啟動(dòng)試驗(yàn)

直流變壓器整機(jī)組裝完畢后，確認(rèn)功率模塊、控制保護(hù)裝置及保護(hù)功能正常，對(duì)直流變壓器進(jìn)行啟

動(dòng)測(cè)試，保證啟動(dòng)過(guò)程中不會(huì)觸發(fā)過(guò)壓或過(guò)流保護(hù)，驗(yàn)證啟動(dòng)功能符合設(shè)計(jì)要求。

6.6.4運(yùn)行試驗(yàn)

啟動(dòng)試驗(yàn)完成后，控制系統(tǒng)下發(fā)解鎖指令，直流變壓器根據(jù)控制指令控制電壓、電流或功率至指定

值，滿足控制精度要求。

6.6.5負(fù)載投切試驗(yàn)

空載穩(wěn)定運(yùn)行，合閘低壓側(cè)分支斷路器，使直流變壓器由空載升至額定負(fù)荷，再斷開低壓側(cè)分支斷

路器，使負(fù)荷降為零。

在功率升降過(guò)程中，記錄系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

6.6.6停機(jī)試驗(yàn)

運(yùn)行試驗(yàn)完成后，控制系統(tǒng)封鎖開關(guān)脈沖，對(duì)直流變壓器進(jìn)行停機(jī)，保證停機(jī)過(guò)程中不會(huì)觸發(fā)過(guò)壓

或過(guò)流保護(hù)，驗(yàn)證停機(jī)功能應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

6.6.7效率測(cè)試試驗(yàn)

直流變壓器的效率測(cè)試共包括兩種：

a)電氣測(cè)試：在直流變壓器對(duì)拖試驗(yàn)中，通過(guò)功率分析儀分別接入設(shè)備的高壓測(cè)和低壓側(cè)，運(yùn)

行功率以10%額定功率上升率調(diào)直至額定功率，記錄設(shè)備高壓測(cè)和低壓側(cè)的實(shí)時(shí)電壓、電流及

功率值，并計(jì)算直流變壓器在變功率情況下的效率值，計(jì)算方法即為輸出功率除以輸入功率；

10

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b)熱測(cè)試：在直流變壓器對(duì)拖試驗(yàn)中，以10%額定功率跨度上調(diào)直至額定功率，當(dāng)直流變壓器溫

升穩(wěn)定時(shí)，分別記錄水箱的水流量、進(jìn)水口溫度和出水口溫度，根據(jù)水流量和進(jìn)出水口的溫

差計(jì)算直流變壓器在變功率情況下的效率值。效率值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

6.6.8直流側(cè)單極接地試驗(yàn)

在直流側(cè)進(jìn)行瞬時(shí)性人工單極接地故障試驗(yàn)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求，直流變壓器維持正常運(yùn)行，單極

電壓升高；或保護(hù)裝置正確發(fā)出動(dòng)作指令，各動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求，故障線路切除后直流變壓器

能可靠重啟，恢復(fù)供電。

6.6.9直流側(cè)極間短路試驗(yàn)

在直流側(cè)進(jìn)行瞬時(shí)性人工雙極短路故障試驗(yàn)，控制保護(hù)裝置正確發(fā)出動(dòng)作指令，各動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間滿

足設(shè)計(jì)要求。相間短路故障消失后，直流變壓器能靠重啟，恢復(fù)供電。

6.6.10電能質(zhì)量測(cè)試

正常運(yùn)行條件下，測(cè)試直流端口的直流電壓波動(dòng)和紋波。按照GB/T17626.30的規(guī)定進(jìn)行，連續(xù)測(cè)

試24h以上，各端口電能質(zhì)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

6.6.11聲級(jí)測(cè)試

正常運(yùn)行條件下，測(cè)試平均A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)。按照GB/T1094.10的規(guī)定進(jìn)行，結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

7文件和資料

7.1文件和資料的范圍

作為產(chǎn)品交付的一部分，制造商應(yīng)向用戶提供文件和資料，主要包括：

a)說(shuō)明書；

b)安裝圖紙；

c)安裝、運(yùn)行、維護(hù)手冊(cè)；

d)試驗(yàn)報(bào)告。

7.2說(shuō)明書

制造商應(yīng)向用戶提供說(shuō)明書，包括但不限于下列內(nèi)容：

a)使用說(shuō)明書：

1)電氣主系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)說(shuō)明；

2)總體結(jié)構(gòu)、聯(lián)結(jié)及模塊結(jié)構(gòu)說(shuō)明；

3)觸發(fā)方案的說(shuō)明；

4)監(jiān)視方案的設(shè)計(jì)；

5)過(guò)電壓承受能力及保護(hù)方式的設(shè)計(jì)；

6)運(yùn)行參數(shù)表；

7)各種過(guò)負(fù)荷能力；

8)運(yùn)行限制的說(shuō)明；

9)損耗；

10)長(zhǎng)期老化報(bào)告。

b)主要元/部件的說(shuō)明書；

c)所有其他附件的說(shuō)明書；

d)控制、監(jiān)視設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書。

7.3安裝圖紙

為便于直流變壓器現(xiàn)場(chǎng)安裝，應(yīng)具備以下圖紙：

a)結(jié)構(gòu)圖；

b)三視外形圖；

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c)模塊的結(jié)構(gòu)圖；

d)光纖通道結(jié)構(gòu)圖；

e)光纜接口圖；

f)控制單元屏柜光纜接口圖；

g)控制及監(jiān)視系統(tǒng)的原理圖；

h)直流變壓器本體的安裝圖；

i)光纖、電纜的安裝圖；

j)其他屏柜的安裝圖；

k)控制保護(hù)屏柜安裝圖；

l)安裝和有關(guān)設(shè)施設(shè)計(jì)所需的任何其它圖紙和資料；

m)安裝、運(yùn)行、維護(hù)手冊(cè)；

n)特殊工具和儀器的說(shuō)明書和手冊(cè)等；

o)備品、備件清單。

7.4試驗(yàn)報(bào)告

制造商應(yīng)向用戶提供的試驗(yàn)報(bào)告包括但不限于：

a)型式試驗(yàn)、例行試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)報(bào)告；

b)控制保護(hù)系統(tǒng)試驗(yàn)報(bào)告。

8包裝、貯存、運(yùn)輸和標(biāo)識(shí)

8.1包裝

設(shè)備包裝前應(yīng)進(jìn)行如下檢查：

a)產(chǎn)品的附件、備品、合格證和有關(guān)技術(shù)文件是否齊備；

b)產(chǎn)品外觀有無(wú)損壞；

c)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)除塵。

設(shè)備包裝的一般要求如下：

——裝置包裝時(shí)宜用塑料制品作為內(nèi)包裝，周圍用防震材料墊實(shí)放于外包裝箱內(nèi)；

——包裝箱應(yīng)符合GB/T13384的規(guī)定；

——隨同裝置出廠的合格證和有關(guān)技術(shù)文件應(yīng)裝入防潮文件袋中，再放入包裝箱內(nèi)；

——裝置的包裝應(yīng)符合GB/T4798.2規(guī)定的運(yùn)輸要求。

8.2運(yùn)輸

運(yùn)輸過(guò)程中不應(yīng)有劇烈震動(dòng)、沖擊和倒放。

特殊情況下，應(yīng)滿足船運(yùn)要求。

8.3貯存

包裝好的裝置應(yīng)保存在相對(duì)濕度不大于85%，周圍空氣溫度為-25oC～+55oC的場(chǎng)所。

貯存裝置的場(chǎng)所應(yīng)干燥、清潔、空氣流通，并能防止各種有害氣體的侵入。

嚴(yán)禁與有腐蝕作用和強(qiáng)磁場(chǎng)作用的物品存放在同一場(chǎng)所。

8.4標(biāo)識(shí)

直流變壓器的適當(dāng)位置應(yīng)有銘牌，內(nèi)容應(yīng)包含：

a)產(chǎn)品名稱；

b)產(chǎn)品型號(hào)；

c)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)，至少包括：

1)額定電壓值，

2)額定容量，

3)端口功率，

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4)端口電壓；

d)出廠編號(hào)；

e)制造日期；

f)制造廠名。

外包裝上具有收發(fā)貨標(biāo)志、包裝儲(chǔ)運(yùn)標(biāo)志和警示標(biāo)志，并按GB/T191的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

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A

A

附錄A

（資料性）

直流變壓器的典型應(yīng)用場(chǎng)景及拓?fù)?/p>

A.1概述

直流變壓器(DCtransformer，DCT)是實(shí)現(xiàn)直流電網(wǎng)中可再生能源高效、經(jīng)濟(jì)和大規(guī)模匯集的核心

裝備，也是直流輸配電一體化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的主要手段。直流變壓器不僅具有電壓變換和功率主動(dòng)控制的能

力，且還能提供電氣隔離以保障安全，目前主要方式是通過(guò)功率變換器實(shí)現(xiàn)高頻變換，并通過(guò)隔離變壓

器實(shí)現(xiàn)電壓的變換和電氣隔離。從系統(tǒng)構(gòu)成來(lái)看，直流變壓器也可以看成是組成多級(jí)型電力電子變壓器

的核心環(huán)節(jié)，而電力電子變壓器是指由一定數(shù)量的功率模塊組成的成套裝置，具備傳統(tǒng)電力變壓器的基

本功能，還能實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理、電網(wǎng)互聯(lián)、新能源并網(wǎng)、潮流控制等功能。根據(jù)不同的系統(tǒng)要

求，直流變壓器的構(gòu)造方式存在區(qū)別。隨著系統(tǒng)直流電壓等級(jí)和容量的提高，直流變壓器電氣拓?fù)湟查_

始逐漸向模塊化級(jí)聯(lián)方向演變。

本附錄簡(jiǎn)要介紹現(xiàn)有直流變壓器的主要類型，對(duì)已知的主要直流變壓器技術(shù)進(jìn)行綜述。

A.2直流變壓器的典型應(yīng)用場(chǎng)景

A.2.1典型場(chǎng)景1：新能源發(fā)電直流匯集

隨著“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，光伏、風(fēng)電等新能源系統(tǒng)將大規(guī)模接入，尤其在遠(yuǎn)距離大容量電纜輸送

系統(tǒng)中，交流電纜電容充電效應(yīng)嚴(yán)重限制了交流輸電的發(fā)展，直流輸送方式成為理想選擇之一。以海上

風(fēng)電系統(tǒng)為例，風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)AC-DC-AC變頻后輸出工頻交流電，經(jīng)過(guò)升壓變壓器進(jìn)行交流匯集，然后再經(jīng)

過(guò)升壓變壓器和柔直換流器轉(zhuǎn)換成數(shù)百kV的高壓直流電進(jìn)行輸送。如此，在風(fēng)機(jī)塔筒和海上換流平臺(tái)中

均需要放置大容量的工頻變壓器、換流器及其附屬設(shè)備，造成系統(tǒng)體積龐大和造價(jià)巨大，尤其是大幅提

高了海上平臺(tái)的建設(shè)難度。如圖A.1所示，采用直流匯集和直流輸送的方式，通過(guò)中高頻隔離的直流變

壓器替代工頻變壓器和一級(jí)DC/AC變換，能大幅減小系統(tǒng)體積、重量和損耗，并減小造價(jià)。

圖A.1直流變壓器的典型場(chǎng)景1：新能源直流匯集

A.2.2典型場(chǎng)景2：直流電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)

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隨著直流輸、配用電的快速發(fā)展，電網(wǎng)中將會(huì)存在各種不同電壓等級(jí)的直流系統(tǒng)，不同母線間互聯(lián)

需求變得迫切。如果仍采用交流電網(wǎng)為互聯(lián)核心的方案，將會(huì)經(jīng)過(guò)多級(jí)DC/AC和交流磁性變壓器，經(jīng)

濟(jì)性大幅降低，如圖A.2所示。在此場(chǎng)景下，基于中高頻隔離的直流變壓器將將大幅減小系統(tǒng)互聯(lián)成本、

體積和損耗，實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)的直流輸、配、用電母線的直接連接。

圖A.2直流變壓器的典型場(chǎng)景2：直流輸、配、用電系統(tǒng)互聯(lián)

A.2.3典型場(chǎng)景3：直流配用電系統(tǒng)

直流配用電系統(tǒng)，是以柔性直流等技術(shù)為基礎(chǔ)，以區(qū)域直流母線為基本結(jié)構(gòu)單元，能便捷智能地接

入各種電源、負(fù)荷和儲(chǔ)能裝置的電能互聯(lián)傳輸系統(tǒng)。隨著分布式新能源、直流負(fù)載以及儲(chǔ)能設(shè)備的廣泛

發(fā)展和利用，接入配電網(wǎng)的源（供能）、荷（用能）及儲(chǔ)（儲(chǔ)能）設(shè)備有了越來(lái)越多的直流屬性，而作

為連接源、荷、儲(chǔ)的網(wǎng)端，目前仍然是以交流電為絕對(duì)主力。如果配電網(wǎng)也采用直流技術(shù)，就能省去大

量整流和逆變裝置，將具有直流屬性的設(shè)備便捷地互聯(lián)互通，如圖A.3所示，這也是近年來(lái)發(fā)展直流配

電技術(shù)的呼聲在業(yè)界和學(xué)界中日漸走高的重要原因。

圖A.3直流變壓器的典型場(chǎng)景3：直流配用電系統(tǒng)

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A.3直流變壓器的典型拓?fù)?/p>

A.3.1概述

根據(jù)直流變壓器各個(gè)直流端口是否具備電氣隔離功能，分為隔離型和非隔離型兩種。

A.3.2隔離型直流變壓器拓?fù)?/p>

A.3.2.1模塊化組合型隔離直流變壓器拓?fù)?/p>

模塊化組合型直流變壓器是應(yīng)用較多的技術(shù)方案之一。采用模塊化組合型直流變壓器可滿足不同的

電壓和功率需求，中高壓應(yīng)用中可通過(guò)多個(gè)功率單元串聯(lián)減小電壓應(yīng)力，而大容量應(yīng)用中可采用多個(gè)功

率單元并聯(lián)降低電流應(yīng)力。模塊組合型直流變換器分為四種類型：輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)型（ISOP），輸

入并聯(lián)輸出并聯(lián)型（IPOP），輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)型（ISOS）和輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)型（IPOS），如圖A.4

所示。在模塊化組合型直流變壓器中，每個(gè)功率單元可采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊結(jié)構(gòu)，易于批量生產(chǎn)和冗余設(shè)

計(jì)。同時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行串并聯(lián)能滿足不同電壓及容量的需要，易于系統(tǒng)的升級(jí)擴(kuò)容。由于每個(gè)功

率單元的輸入端和輸出端均接有電容，使得各功率單元之間的控制可以相互獨(dú)立。各功率單元需要輸入

側(cè)均壓和輸出側(cè)均壓控制，以使得功率單元間傳輸?shù)哪芰肯嗤ＷC系統(tǒng)的安全運(yùn)行區(qū)域。

DC/DCDC/DC

變換器

變換器#1#1

DC/DCDC/DC

變換器#2變換器#2

并聯(lián)端口

并聯(lián)端口

串聯(lián)端口

并聯(lián)端口

DC/DCDC/DC

變換器#N變換器#N

a）IPOPb）ISOP

DC/DCDC/DC

變換器#1變換器#1

DC/DCDC/DC

變換器#2變換器#2

并聯(lián)端口

串聯(lián)端口

串聯(lián)端口

串聯(lián)端口

DC/DCDC/DC

變換器#N變換器#N

c）IPOSd）ISOS

圖A.4模塊化組合型直流變壓器

A.3.2.2器件串聯(lián)隔離型直流變壓器拓?fù)?/p>

為了提高DCT的電壓和功率等級(jí)，器件串聯(lián)是一種最典型的技術(shù)方案，如圖A.5所示。器件串聯(lián)

方案的附加組件較少，變壓器數(shù)量較少，在成本、體積和重量方面具有優(yōu)勢(shì)。但是開關(guān)器件直接串聯(lián)在

工藝和結(jié)構(gòu)方面的實(shí)現(xiàn)難度較大，對(duì)雜散參數(shù)和關(guān)斷過(guò)電壓等的要求較高，通常被視為技術(shù)難度較大的

方案。

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圖A.5器件串聯(lián)型直流變壓器拓?fù)?/p>

A.3.2.3隔離MMC型直流變壓器拓?fù)?/p>

傳統(tǒng)的隔離MMC型直流變壓器如圖A.6a）所示，其將兩個(gè)MMC變換器的交流側(cè)通過(guò)變壓器連接，由變

壓器實(shí)現(xiàn)較高的電壓變比，又稱為面對(duì)面（face-to-face，F(xiàn)TF）隔離MMC型直流變壓器。在MMC子模塊的

選擇上，有半橋、全橋以及鉗位雙子模塊等多種類型，其中半橋子模塊的優(yōu)點(diǎn)是使用功率器件數(shù)目少、

損耗低，但沒(méi)有直流故障的隔離能力；而全橋子模塊和鉗位雙子模塊具有直流故障的隔離能力，但是需

要的功率器件數(shù)量較多，增加了系統(tǒng)成本。

為了減小系統(tǒng)損耗和投資成本同時(shí)提高直流故障閉鎖能力，ALSTOM公司在2010年提出了一種混

合隔離MMC型直流變壓器，如圖A.6b）所示。混合隔離MMC型直流變壓器通過(guò)結(jié)合兩種傳統(tǒng)MMC子模

塊，每相橋臂由多個(gè)全橋子模塊以及功率開關(guān)串聯(lián)形成的串聯(lián)閥組成?；旌细綦xMMC型直流變壓器的

特點(diǎn)是每相的上/下橋臂各自工作半個(gè)周期；與面對(duì)面隔離MMC型直流變壓器相比，獲得相同電平數(shù)的交

流輸出所需的子模塊數(shù)量大大減少，使得系統(tǒng)的體積、重量以及投資成本都相應(yīng)減小。同時(shí)，在發(fā)生直

流短路故障時(shí)，同相的上、下橋臂間沒(méi)有直流通路，能夠有效地抑制故障電流，阻斷由直流側(cè)故障所引

起的連鎖擴(kuò)散。但由于在混合隔離MMC型直流變壓器中使用了功率器件串聯(lián)閥，因此不可避免的引入了

開關(guān)器件和子模塊的串聯(lián)均壓?jiǎn)栴}。

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a）面對(duì)面隔離MMC型直流變壓器

b）混合隔離MMC型直流變壓器

圖A.6隔離MMC型直流變壓器

A.3.3非隔離型直流變壓器

A.3.3.1非隔離型分壓式直流變壓器

為降低隔離型直流變壓器中功率器件數(shù)量，提出了自耦式直流變壓器，如圖A.7a)所示。由于高、

低壓側(cè)共用一部分子模塊，減小了子模塊數(shù)量，降低裝置的成本和體積。通過(guò)在上MMC換流器中合理配

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置全橋子模塊，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高、低壓側(cè)短路故障電流的抑制。在兩端口自耦型直流變壓器基礎(chǔ)上提出了

多端口自耦型直流變壓器，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同電壓等級(jí)直流線路的互聯(lián)。進(jìn)一步提出了直接分壓式直流變

壓器，如圖A.7b)所示。同樣通過(guò)高、低壓側(cè)共用子模塊，以減少所需子模塊數(shù)量。進(jìn)一步提出了T型直

流變壓器，如圖A.7c)所示。該變換器所需子模塊和功率器件的個(gè)數(shù)較少，通過(guò)合理控制可以實(shí)現(xiàn)橋臂

控制開關(guān)的零電流關(guān)斷和零電壓開通，以降低裝置損耗。但橋臂控制開關(guān)需采用IGBT直接串聯(lián)技術(shù)，IGBT

均壓難度大，結(jié)構(gòu)和控制難度大。

a）自耦式直流變壓器

b）直接分壓式直流變壓器

c）T型直流變壓器

圖A.7非隔離型分壓式直流變壓器

A.3.3.2非隔離型晶閘管諧振型直流變壓器

典型的非隔離型晶閘管諧振型直流變壓器如圖A.8a）所示。該方案中包含四個(gè)以晶閘管為基本功率

器件的H橋電路，同時(shí)每側(cè)H橋包含有背靠背相連的兩個(gè)LC諧振電路，兩個(gè)H橋共用一個(gè)高壓諧振電容，

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電路兩側(cè)加有LC濾波裝置以降低輸入/輸出電流的紋波。通過(guò)控制輸入側(cè)H橋電路可以靈活改變諧振電容

的電壓極性，通過(guò)控制輸出側(cè)H橋電路可以控制系統(tǒng)功率的大小，結(jié)合兩側(cè)的LC諧振電路即可實(shí)現(xiàn)能量

傳輸。由以上分析可知，非隔離型晶閘管諧振型直流變壓器利用晶閘管具有較高的耐壓/耐流特性以及

諧振電容輪換充電的原理，將能量從輸入端傳遞到輸出端，因而無(wú)需隔離變壓器也能實(shí)現(xiàn)較高的電壓增

益。

LfL1L2Lf

CfCf

Cr

U1U2

Cr

CfCf

L1L2

a）雙向方案

LfL1L2Lf

UCf