CN105356757A - 一种单向直流-直流自耦变压器 - Google Patents

一种单向直流-直流自耦变压器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单向直流-直流自耦变压器，用于单向地在两个直流系统间传输直流功率，其通过对换流器、整流器以及交流链路的优化设计，改进现有单向直流-交流-直流变换技术存在的换流器容量大、交流链路容量大、运行损耗高的缺陷，通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从低电压的第一直流系统向高电压的第二直流系统传输的直流功率，或者从高电压等级的第二直流系统向低电压等级的第一直流系统传输的直流功率，即实现两直流系统间的功率传输，且同时具有双向直流故障隔离能力的优点。本发明还公开了相应的高、低压侧直流故障隔离方法。

Description

一种单向直流-直流自耦变压器
技术领域
本发明属于电力系统输配电技术领域，更具体地，涉及一种单向直流-直流自耦变压器，用于单向第从一个直流系统向另一个直流系统传输直流功率。
背景技术
随着模块化多电平换流器的发展，利用模块化多电平换流器构成直流电网是电力工业界近年来备受关注的一个热点。各个区域直流电网的互联是一个亟待解决的问题。由于各个区域直流电网功能不同，所采用的技术不同，所建设的年代不同，各个区域直流电网的额定直流电压不会完全一致。为了互联不同电压等级的直流电网，需要采用直流-直流变换器。
直流-直流变换器以及直流-直流自耦变压器通常用于实现两个直流电网之间的功率双向传输，所采用的换流器为电压源型换流器从而带来了成本高、损耗高的代价。在风电经直流组网等某些典型应用场合，功率只需要单向地从一个直流系统向另一个直流系统传输。为此，需要进一步优化设计常规的直流-直流变换器从而降低成本。
现有的高压大功率单向直流-直流变换器一般采用直流-交流-直流变换技术，如图1所示，其具体实施方式为建设一个电压源型换流器与一个不控整流器，电压源型换流器和不控整流器的直流端分别与待互联的第一直流系统和第二直流系统的直流端联接(此处记第一直流系统的额定直流电压低于第二直流系统的额定直流电压)，两个换流器的交流端通过一定的交流电路互联在一起。来自一个直流系统的直流功率将先由电压源型换流器逆变为交流电再经过不控整流器整流为直流电传输到另一个直流系统。可知，由于所有传输的直流功率都需要经过两级交流/直流变换，该单向直流-交流-直流变换技术所使用的电压源型换流器与不控整流器的额定容量都与额定传输功率相等，交流链路的额定容量也与额定传输功率相等，从而存在换流器投资成本高，交流链路成本高、运行损耗大的缺陷。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种单向直流-直流自耦变压器，其通过对换流器、整流器以及交流链路的优化设计，改进现有单向直流-交流-直流变换技术存在的换流器容量大、交流链路容量大、运行损耗高的缺陷，实现对两直流系统间直流功率的单向传输，同时具有双向直流故障隔离能力的优点。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器，用于从高电压等级的第二直流系统向低电压等级的第一直流系统单向传输直流功率，其特征在于，该自耦变压器包括第一电压源型换流器、不控整流器和第二电压源型换流器，其中，
所述第一电压源型换流器的正极和第二直流系统的正极相联接，第一电压源型换流器的负极和不控整流器的正极相联接，不控整流器的负极和第二电压源型换流器的正极相联接，第二电压源型换流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述不控整流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且所述第一电压源型换流器、不控整流器和第二电压源型换流器的交流侧互联在一起；
通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第二直流系统向第一直流系统传输的直流功率。
优选地，所述不控整流器进一步地由正极子整流器和负极子整流器串联组成，其中所述正极子整流器的负极和负极子整流器的正极相联接，且联接点处接地。
优选地，所述正极子整流器和负极子整流器的联接点还经过金属回线与第一直流系统或第二直流系统的中性点相联接，使得在不对称运行时直流电流经过该金属回线构成回路从而避免直流电流对直流线路上管道的腐蚀。
按照本发明的另一方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联正极性的不对称单极第一直流系统和正极性的不对称单极第二直流系统，实现从高电压等级的第二直流系统向低电压等级的第一直流系统单向传输直流功率，其特征在于，该自耦变压器包括第一电压源型换流器和不控整流器，其中，
所述第一电压源型换流器的正极和第二直流系统正极相联接，第一电压源型换流器的负极和不控整流器的正极相联接，不控整流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述不控整流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且第一直流系统的负极、第二直流系统的负极以及不控整流器的负极接地或者通过金属回线接地；
通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第二直流系统向第一直流系统传输的直流功率。
按照本发明的又一方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联负极性的不对称单极第一直流系统和负极性的不对称单极第二直流系统，实现从高电压等级的第二直流系统向低电压等级的第一直流系统单向传输直流功率，其特征在于，该自耦变压器包括不控整流器和第二电压源型换流器，其中，
所述不控整流器的正极和第二直流系统的正极相联接，不控整流器的负极和第二电压源型换流器的正极相联接，第二电压源型换流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述不控整流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且上述第一直流系统的正极、第二直流系统的正极以及不控整流器的正极接地或者通过金属回线接地；
通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第二直流系统向第一直流系统传输的直流功率。
优选地，不控整流器和电压源型换流器的交流侧经过一个两绕组或多绕组的交流变压器互联在一起。
优选地，不控整流器和电压源型换流器的交流侧各经过交流变压器或相电抗器联接至一交流公共母线或者直接联接至一交流公共母线。
优选地，交流公共母线与外部交流电网相联接或者所述两绕组或多绕组的交流变压器与外部交流电网相联接。
按照本发明的另一个方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器的高压侧故障隔离方法，其特征为，在所述电压源型换流器(包括所述第一电压源型换流器和第二电压源型换流器)采用模块化多电平换流器拓扑时，将所述电压源型换流器的部分子模块替换为可阻断直流故障电流的子模块，第二直流系统发生直流故障时，通过闭锁所述电压源型换流器全控电力电子器件的触发脉冲隔离第二直流系统的直流故障。
按照本发明的另一个方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器的低压侧故障隔离方法，其特征为，在第一直流系统发生直流故障时，通过闭锁所述电压源型换流器的全控电力电子器件的触发脉冲从而隔离第一直流系统的直流故障，
优选地，在所述电压源型换流器闭锁后的耐压低于第二直流系统的额定电压时，增大所述电压源型换流器的额定直流电压。
按照本发明的又一个方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器，用于从低电压的第一直流系统向高电压的第二直流系统单向传输直流功率，其特征在于，该自耦变压器包括第一不控整流器、电压源型换流器和第二不控整流器，其中，
所述第一不控整流器的正极和第二直流系统的正极相联接，第一不控整流器的负极和电压源型换流器的正极相联接，电压源型换流器的负极和第二不控整流器的正极相联接，第二不控整流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述电压源型换流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且所述第一不控整流器、电压源型换流器和第二不控整流器的交流侧互联在一起；
通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第一直流系统向第二直流系统传输的直流功率。
优选地，所述电压源型换流器进一步地由正极子换流器和负极子换流器串联组成，其中所述正极子换流器的负极和负极子换流器的正极相联接，且联接点处接地，正极子换流器正极与第一不控整流器负极联接，负极子换流器的负极与第二不控整流器正极联接。
优选地，所述正极子换流器和负极子换流器的联接点还经过金属回线与第一直流系统或第二直流系统的中性点相联接，使得在不对称运行时直流电流经过该金属回线构成回路从而避免直流电流对直流线路上金属管道的腐蚀。
按照本发明的另一方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联正极性的不对称单极第一直流系统和正极性的不对称单极第二直流系统，实现从低电压的第一直流系统向高电压的第二直流系统单向传输直流功率，该自耦变压器包括第一不控整流器和电压源型换流器，其中，
所述第一不控整流器的正极和第一直流系统正极相联接，第一不控整流器的负极和电压源型换流器的正极相联接，电压源型换流器负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述电压源型换流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且第一直流系统的负极、第二直流系统负极和电压源型换流器的负极接地或经过金属回线接地；
通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第一直流系统向第二直流系统传输的直流功率。
按照本发明的又一方面，提供了一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联负极性的不对称单极第一直流系统和负极性的不对称单极第二直流系统，实现从低电压的所述第一直流系统向高电压的所述第二直流系统单向传输直流功率，该自耦变压器包括电压源型换流器和第二不控整流器，其中，
所述电压源型换流器的正极和第二直流系统的正极相联接，电压源型换流器的负极和第二不控整流器的正极相联接，第二不控整流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述电压源型换流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且第一直流系统的正极、第二直流系统的正极以及电压源型换流器的正极直接接地或者经过金属回线接地；
通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第一直流系统向第二直流系统传输的直流功率。
优选地，不控整流器和电压源型换流器的交流侧经过一个两绕组或多绕组的交流变压器互联在一起。
优选地，不控整流器、电压源型换流器和的交流侧各经过交流变压器或相电抗器联接至一交流公共母线，或者直接联接至交流公共母线。
优选地，交流公共母线与外部交流电网相联接或者所述两绕组、多绕组的交流变压器与外部交流电网相联接。
按照本发明的另一个方面，提供了一种上述直流-直流自耦变压器的高压侧故障隔离方法，其特征为，在第一不控整流器和第二不控整流器上串联直流断路器，当高压侧发生直流故障时，通过开断所述直流断路器即可隔离高压侧直流故障。
按照本发明的另一个方面，提供了一种上述直流-直流自耦变压器的低压侧故障隔离方法，其特征为，在低压侧发生直流故障时，闭锁电压源型换流器的触发脉冲从而隔离低压侧直流故障，
优选地，在所述第一不控整流器和第二不控整流器闭锁后的耐压之和低于第二直流系统的额定直流电压时，可额外提高第一不控整流器和第二不控整流器的额定直流电压。
优选地，所述的电压源型换流器可以采用模块化多电平换流器、两电平换流器、三电平换流器等各种电压源型换流器拓扑。
优选地，所述的不控整流器可以采用多个不控整流器串联而成，并经过一定的组合降低谐波。
优选地，所述的不控整流器、电压源型换流器的交流侧可以采用单相、两相、三相或多相交流电路。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)相比于常规的单向直流-交流-直流变换技术，本发明的方案可以降低电压源型换流器和不控整流器的额定功率，降低交流链路的功率从而降低投资成本和运行损耗；
(2)相比于常规的直流-直流自耦变压器，通过将直流-直流自耦变压器中的部分换流器替换为不控整流器，降低了单向直流-直流自耦变压器的换流器成本，降低了控制复杂度并达到了功率单向传输的目的。
附图说明
图1是现有技术中的单向直流-直流变换器拓扑；
图2是本发明一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器；
图3是本发明另一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器，其中不控整流器由正极子整流器和负极子整流器串联而成；
图4是本发明另一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器，其中正极子整流器和负极子整流器的联接点处经过金属回线与第一直流系统和第二直流系统的中性点相联接；
图5是本发明另一个实施例的由第一电压源型换流器和不控整流器构成的降压型单向直流-直流自耦变压器；
图6是本发明另一个实施例的由不控整流器和第二电压源型换流器构成的降压型单向直流-直流自耦变压器；
图7是本发明一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器；
图8是本发明另一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器，其中电压源型换流器由正极子换流器和负极子换流器串联而得；
图9是本发明另一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器，其中电压源型换流器由正极子换流器和负极子换流器串联而得，且两个子换流器的联接点经过金属回线与第一直流系统的中性点和第二直流系统的中性点相联接；
图10是本发明另一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器，其中交流公共母线分为两段且两段不联接；
图11是本发明另一个实施例的由第一不控整流器和电压源型换流器构成的升压型单向直流-直流自耦变压器；
图12是本发明另一个实施例的由电压源型换流器和第二不控整流器构成的升压型单向直流-直流自耦变压器；
图13是本发明另一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器，其中第一、二电压源型换流器和不控整流器的交流侧经过一个三绕组交流变压器互联在一起；
图14是本发明另一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器，其中第一、二电压源型换流器、正极子整流器和负极子整流器的交流侧经过一个四绕组交流变压器互联在一起；
图15是本发明另一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器，其中第一不控整流器和电压源型换流器的交流侧经过一个交流变压器互联在一起；
图16是本发明又一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器，其中第一电压源型换流器和不控整流器的交流侧经过一个交流变压器互联在一起；
图17是本发明另一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器，其中第一、二电压源型换流器的交流侧经交流变压器联接至交流公共母线，不控整流器的交流侧经相电抗联接至交流公共母线；
图18是本发明另一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器，其中交流公共母线还与外部交流系统互联在一起；
图19是本发明另一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器，其中交流公共母线上还联接了无功补偿和滤波装置；
图20是本发明又一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器，其中电压源型换流器的交流侧直接联接至交流公共母线；
图21是本发明另一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器，其中第一不控整流器和第二不控整流器的交流侧直接联接至交流公共母线；
图22是本发明另一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器，其中第一、二不控整流器和电压源型换流器的交流侧直接联接至交流公共母线；
图23是本发明中的电压源型换流器可以采用的几种典型拓扑；
图24是本发明中的不控整流器可以采用的几种典型拓扑；
图25是本发明一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器的详细展开拓扑；
图26是本发明一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器的详细展开拓扑；
图27是现有技术中的单向直流-交流-直流变换器所使用的电压源型换流器容量与本发明一个实施例的单向直流-直流自耦变压器所使用的电压源型换流器容量的对比图；
图28是仿真测试的本发明一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器的直流功率指令值和直流功率实测值；
图29是仿真测试的本发明一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器的第一电压源型换流器和不控整流器的交流功率；
图30是仿真测试的本发明一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器交流电压的标幺值；
图31是仿真测试的本发明一个实施例的降压型单向直流-直流自耦变压器第一直流系统和第二直流系统直流电压值；
图32是仿真测试的本发明另一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器的直流功率指令值和直流功率实测值；
图33是仿真测试的本发明另一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器的第一不控整流器和电压源型换流器的交流功率；
图34是仿真测试的本发明另一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器交流电压的标幺值；
图35是仿真测试的本发明另一个实施例的升压型单向直流-直流自耦变压器第一直流系统和第二直流系统直流电压值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供的单向直流-直流自耦变压器主要用于单向地从一个直流系统向另一个直流系统传输直流功率，其显著的技术性表现在于使用了自耦技术从而降低了所使用的总的换流器容量。
图2为按照本发明另一实施例所提出的降压型单向直流-直流自耦变压器的基本结构图，如图2所示，该自耦变压器主要由第一电压源型换流器11、不控整流器12和二电压源型换流器13依次串联而成，第一电压源型换流器11的正极经直流线路6与第二直流系统8的正极相联接，第一电压源型换流器11的负极与不控整流器12的正极相联接，不控整流器12的负极与第二电压源型换流器13的正极相联接，第二电压源型换流器13的负极与第二直流系统8的负极相联接，不控整流器12的正极和负极还分别经直流线路6与第一直流系统7的正极和负极相联接，第一不控整流器11、电压源型换流器12和第二不控整流器13的交流侧分别通过交流变压器4联接至交流公共母线5，通过由第一电压源型换流器11以及第二电压源型换流器13控制交流公共母线5的交流电压即可控制不控整流器12的整流电压从而控制向第一直流系统7传输的直流功率。
如图3所示，在一个实施例中，不控整流器12又可替换为正极子整流器12P和负极子整流器12N，12P的负极和12N的正极相联接且联接点接地。将不控整流器12划分为正极子换流器12P和负极子换流器12N的好处在于，若第一直流系统7和第二直流系统8为双极性直流系统，当第一直流系统7或第二直流系统8的正极发生故障时，通过隔离第一电压源型换流器11和正极子整流器12P，仅维持负极子整流器12N和第二电压源型换流器13处于运行状态仍能使单向直流-直流自耦变压器的非故障部分保持正常运行，同理地若第一直流系统7的负极或第二直流系统8的负极发生故障时，通过隔离负极子整流器12N和第二电压源型换流器13，仅保持第一电压源型换流器11和正极子整流器12P运行仍可以使得非故障部分的第一直流系统7和第二直流系统8维持功率传输能力。
如图4所示，在一个实施例中，该降压型单向直流-直流自耦变压器直流中性点经金属回线9分别与第一直流系统7和第二直流系统8的中性点相联接。图4拓扑与图3拓扑基本一致，优点在于不对称运行时(仅第一电压源型换流器11和正极子整流器12P投入运行或仅负极子整流器12N和第二电压源型换流器13投入运行)，直流电流无需流经大地，而是经过金属回线9构成回路从而避免了直流电流对直流线路6沿线金属管道等其他民用设备的腐蚀。
如图5所示，在一个实施例中，自耦变压器用于互联正极性的不对称单极第一直流系统7和正极性的不对称单极第二直流系统8，其为仅包含第一电压源型换流器11和不控整流器12的降压型单向直流-直流自耦变压器。第一电压源型换流器11的正极和第二直流系统8的正极相联接，第一电压源型换流器11的负极和不控整流器12的正极相联接，不控整流器12负极和第二直流系统8的负极相联接，不控整流器12的正极和负极分别与第一直流系统7的正极和负极相联接，第一直流系统7的负极、第二直流系统8的负极以及不控整流器12的负极直接接地或者通过金属回线9接地，第一电压源型换流器11和不控整流器12的交流侧分别经交流变压器4联接至交流公共母线5。
如图6所示，在一个实施例中，自耦变压器用于互联负极性不对称单极第一直流系统7和负极性不对称单极第二直流系统8，其为仅包含第二不控整流器12和第二电压源型换流器13的单向直流-直流自耦变压器。其中，不控整流器12的正极和第二直流系统8的正极相联接，不控整流器12的负极和第二电压源型换流器13的正极相联接，第二电压源型换流器13的负极和第二直流系统8的负极相联接，不控整流器12的正极和负极分别与第一直流系统7的正极和负极相联接，第一直流系统7的正极、第二直流系统8的正极以及不控整流器12的正极直接接地或者经过金属回线9接地，不控整流器12和第二电压源型换流器13的交流侧分别经交流变压器4联接至交流公共母线5。
图7是本发明一个实施例中所提出的升压型单向直流-直流自耦变压器的基本结构图。如图2所示，该单向直流-直流自耦变压器主要由第一不控整流器1、电压源型换流器2和第二不控整流器3依次串联而成。其中，第一不控整流器1的正极经直流线路6与第二直流系统8的正极相联接，第一不控整流器1的负极与电压源型换流器2的正极相联接，电压源型换流器2的负极与第二不控整流器3的正极相联接，第二不控整流器3的负极经直流线路6与第二直流系统8的负极相联接，电压源型换流器2的正极和负极经直流线路6分别与第一直流系统7的正极和负极相联接。第一不控整流器1、电压源型换流器2和第二不控整流器3的交流侧分别通过交流变压器4联接至交流公共母线5，通过电压源型换流器2可以控制交流公共母线5的交流电压从而控制第一不控整流器1和第二不控整流器3的端口直流电压，进而达到控制所传输直流功率的目的。
如图8所示，在本发明的一个实施例中，电压源型换流器2又可由正极子换流器2P和负极子换流器2N串联而成，其中2P的负极和2N的正极相联接且联接点接地。将电压源型换流器2划分为正极子换流器2P和负极子换流器2N的好处在于，若第一直流系统7和第二直流系统8为双极性直流系统，当第一直流系统7或第二直流系统8的正极发生故障时，通过隔离第一不控整流器1和正极子换流器2P，仅维持负极子换流器2N和第二不控整流器3处于运行状态仍能使单向直流-直流自耦变压器的非故障部分保持正常运行，同理地若第一直流系统7的负极或第二直流系统8的负极发生故障时，通过隔离负极子换流器2N和第二不控整流器3，仅保持第一不控整流器1和正极子换流器2P运行仍可以使得非故障部分的第一直流系统7向第二直流系统8传输直流功率。
如图9所示，在一个实施例中，单向直流-直流自耦变压器直流中性点经金属回线9分别与第一直流系统7和第二直流系统8的中性点相联接。图9拓扑与图8拓扑基本一致，该实施例优点在于不对称运行时(仅第一不控整流器1和正极子换流器2P投入运行或仅负极子换流器2N和第二不控整流器3投入运行)，直流电流无需流经大地，而是经过金属回线9构成回路从而避免了直流电流对直流线路6沿线金属管道等其他民用设备的腐蚀。
如图10所示，在一个实施例中，其与图9基本一致，区别在于交流公共母线5划分为5a和5b两段，且5a和5b之间无联接，第一不控整流器1和正极子换流器2P的交流侧通过一定的交流链路联接于5a，负极子换流器2N以及第二不控整流器3的交流侧通过一定的交流链路联接于5b，其优点在于1和2P构成的子部分以及2N和3构成的子部分可以独立控制从而正极或者负极的部件发生故障时，非故障部分不受影响。
如图11所示，在一个实施例中，自耦变压器用于互联正极性的不对称单极第一直流系统7和正极性不对称单极第二直流系统8，其为仅包含第一不控整流器1和电压源型换流器2的单向直流-直流自耦变压器。第一不控整流器1的正极和第二直流系统8的正极相联接，第一不控整流器1的负极和电压源型换流器2的正极相联接，电压源型换流器2负极和第二直流系统8的负极相联接，电压源型换流器2的正极和负极分别与第一直流系统7的正极和负极相联接，第一直流系统7的负极、第二直流系统8的负极以及电压源型换流器2的负极直接接地或经过金属回线9接地，第一不控整流器1和电压源型换流器2的交流侧分别经交流变压器4联接至交流公共母线5。
如图12所示，在一个实施例中，自耦变压器为仅包含电压源型换流器2和第二不控整流器3的升压型单向直流-直流自耦变压器，用于互联负极性不对称单极第一直流系统7和负极性不对称单极第二直流系统8。其中，电压源型换流器2的正极和第二直流系统8的正极相联接，电压源型换流器2的负极和第二不控整流器3的正极相联接，第二不控整流器3的负极和第二直流系统8的负极相联接，电压源型换流器2的正极和负极分别与第一直流系统7的正极和负极相联接，第一直流系统7的正极、第二直流系统8的正极以及电压源型换流器2的正极直接接地或者通过金属回线9接地，电压源型换流器2和第二不控整流器3的交流侧分别经交流变压器4联接至交流公共母线5。
如图13所示，在一个实施例中，其与图2所示实施例的拓扑基本一致，区别在于该实施例中第一电压源型换流器11、不控整流器12和第二电压源型换流器13的交流侧经三绕组变压器9互联在一起。
如图14所示，在一个实施例中，其与图4所示实施例的拓扑基本一致，区别在于该实施例中第一电压源型换流器11、正极子整流器12P、负极子整流器12N和第二电压源型换流器13的交流侧经四绕组变压器10互联在一起。
如图15所示，在一个实施例中，其与图11所示实施例的拓扑基本一致，区别在于该实施例中第一不控整流器1和电压源型换流器2的交流侧经过一个交流变压器4互联在一起。
如图16所示，在一个实施例中，其与图5所示实施例的拓扑基本一致，区别在于该实施例中第一电压源型换流器11和不控整流器12的交流侧经过一个交流变压器4互联在一起。
如图17所示，在一个实施例中，其与图2所示实施例的拓扑基本一致，区别在于该实施例中不控整流器12经过相电抗器15联接至交流公共母线5。
如图18所示，在一个实施例中，其与图2所示实施例的拓扑基本一致，区别在于该实施例中交流公共母线5还与外部交流系统14互联在一起。
如图19所示，在一个实施例中，其与图2所示实施例的拓扑基本一致，区别在于该实施例中交流公共母线5上还联接了交流滤波/交流无功补偿装置18从而减小不控整流器12的谐波以及无功消耗。
如图20所示，在一个实施例中，其与图7所示实施例的拓扑基本一致，区别在于该实施例中电压源型换流器2的交流侧直接联接至交流公共母线5。
如图21所示，在一个实施例中，其与图7所示实施例的拓扑基本一致，区别在于该实施例中不控整流器的交流侧直接联接至交流公共母线5。
如图22所示，在一个实施例中，其与图7所示实施例的拓扑基本一致，区别在于该实施例中第一整流器1，电压源型换流器2以及第二整流器3的交流侧直接联接至交流公共母线。
在本发明中，所述电压源型换流器(2、11或13)是一种公知的交流-直流变换电路，可以采用两电平型拓扑结构，钳位型多电平拓扑，模块化多电平型拓扑，以及其他多种公知的拓扑结构。如图23所示，电压源型换流器的具体结构可以采用如图23(a)所示的两电平拓扑结构，主要由6个全控型电力电子器件50，正极直流母线16，负极直流母线17，直流电容52组成，每两个全控型电力电子器件50串联联接后构成一相换流桥臂，每相换流桥臂的正端与正极直流母线16相联接，每相换流桥臂的负端与负极直流母线17相联接，每相换流桥臂的中点分别与A相交流端51a，B相交流端51b，C相交流端51c联接，直流电容52的正极联接正极直流母线16，直流电容52的负极联接负极直流母线17，为了提高电压源型换流器的额定电压，可以将多个全控型电力电子器件50串联构成一个全控型电力电子器件50。
电压源型换流器的具体结构还可以采用如图23(b)所示的三电平拓扑结构，主要由12个全控型电力电子器件50，6个钳位二极管53，正极直流母线16，负极直流母线17，正极直流电容52a和负极直流电容52b组成，每两个全控型电力电子器件50串联联接后构成一个‘半桥臂’，每两个‘半桥臂’串联后构成一相换流桥臂，每个‘半桥臂’的中点经钳位二极管53与中性点57相联接，根据需要，中性点57可以为接地点或者一个公共联接点，每相换流桥臂的正端与正极直流母线16相联接，每相换流桥臂的负端与负极直流母线17相联接，每相换流桥臂的中点分别与A相交流端51a，B相交流端51b，C相交流端51c联接，正极直流电容52a的正端联接正极直流母线6，正极直流电容52a的负端接中性点57，负极直流电容52b的正端接中性点57，负极直流电容52b的负端与负极直流母线17相联接，为了提高电压源型换流器的额定电压，每个全控型电力电子器件50可以由多个全控型电力电子器件串联而成，每个钳位二极管53可以由多个钳位二极管串联而成。
电压源型换流器的具体结构还可以采用如图23(c)所示的模块化多电平拓扑结构，主要包括6个半桥臂55，每两个半桥臂55串联成一相桥臂，每相换流桥臂的中点分别与A相交流端51a，B相交流端51b，C相交流端51c联接，每相桥臂的正端和负端分别与正极直流母线16，负极直流母线17相联接，每个半桥臂由多个子模块54依次串联后再和平波电抗器56串联而成，每个子模块可以采用半桥子模块、全桥子模块、箝位双型子模块、自阻子模块等各种已公知的子模块拓扑，图23(c)底部给出了半桥子模块拓扑，每个半桥子模块由两个全控型电力电子器件50和一个子模块电容52构成。
在本发明中，所述不控整流器(1、3或12)是一种公知的交流-直流变换电路，不控整流器主要由二极管通过一定的联接构成。
图24(a)示例了不控整流器的一种拓扑结构，主要由6个二极管21，正极直流母线16，负极直流母线17组成，每两个二极管21串联后构成一相换流桥臂，每相换流桥臂的正端与正极直流母线16相联接，每相换流桥臂的负端与负极直流母线17相联接，每相换流桥臂的中点分别与A相交流端51a，B相交流端51b，C相交流端51c联接，为了提高不控整流器的额定电压，每个二极管21可以由多个二极管21串联构成。
图24(b)与图24(a)基本一致，区别在于正极直流母线16和负极直流母线17之间联接了直流电容52。
图24(c)示例了不控整流器的另一种拓扑结构，其主要由正极子整流器22a和负极子整流器22b串联而成，22a和22b的交流侧分别经一个三角形/星形联接和星形/星形联接的交流变压器联接在一起从而减小不控整流器直流侧的谐波，根据需要，不控整器的直流侧还可以并联联接直流电容从而降低直流侧谐波，不控整流器的交流侧还可以并联联接无功补偿装置或者交流滤波器。
图25给出了图7所示升压型单向直流-直流自耦变压器的展开拓扑，图25与图7基本一致，区别在于将第一不控整流器1、电压源型换流器2和第二不控整流器3绘制成了详细电路拓扑形式，在第一不控整流器1和第二不控整流器3上串联了直流断路器18，并且电压源型换流器2的交流侧直接联接至交流公共母线5，为简化绘图，电压源型换流器2的每个桥臂以一个半桥子模块示意。
图26给出了与图2对应的降压型单向直流-直流自耦变压器的展开拓扑。图26与图2基本一致，区别在于将第一电压源型换流器11、不控整流器12和第二电压源型换流器13绘制成了详细电路拓扑形式，其中第一电压源型换流器11和第二电压源型换流器13的每个桥臂由半桥子模块54和自阻型子模块44串联而成，为简化绘图，每个桥臂只绘出了一个半桥子模块54和一个自阻型子模块44，同时图26中，不控整流器12的交流侧直接联接至交流公共母线5。
上述各实施例中，可利用单向直流-直流自耦变压器所包含的电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的内部交流电压从而控制单向直流-直流自耦变压器所包含的不控整流器整流后的直流电压，进而控制单向直流-直流自耦变压器传输的直流功率，实现对单向直流-直流自耦变压器所传输直流功率的控制。
在一个实施例中，对于降压型单向直流-直流自耦变压器，其直流功率控制过程描述如下。以图2所示降压型单向直流自耦变压器为例，其中E1为第一直流系统的直流电压，Vdc1～Vdc3分别为第一电压源型换流器11，不控整流器12和第二电压源型换流器13的端口直流电压，Edc为降压型单向直流-直流自耦变压器的高压直流端口电压，E2为第二直流系统8的直流电压，vac为交流公共母线5的交流电压，idc1为输入到第一直流系统7的直流电流，idc2为第二直流系统8输出的直流电流，iDIO2为不控整流器的直流电流。控制中，通过提高vac的幅值即可以提高Vdc2的值，从而提高Vdc2与E1之间的差值，从而提高idc1，提高第二直流系统8向第一直流系统7输出的直流功率。
在一个实施例中，对于升压型单向直流-直流自耦变压器，其直流功率控制过程描述如下。以图7所示升压型单向直流自耦变压器为例，其中E1为第一直流系统的直流电压，Vdc1～Vdc3分别为第一不控整流器1，电压源型换流器2和第二不控整流器3的端口直流电压，Edc为升压型单向直流-直流变的高压直流端口电压，E2为第二直流系统8的直流电压，vac为交流公共母线5的交流电压，idc1为第一直流系统7输出的直流电流，idc2为第二直流系统8吸收的直流电流，iVSC2为第二电压源型换流器的直流电流。控制中，通过提高vac的幅值即可以提高Vdc1和Vdc2的值，从而提高Edc的值，达到提高Edc与E2的差值从而提高idc2的目的，idc2提高后即可提高从第一直流系统7向第二直流系统8传输的直流功率。
对于图2～图6所对应实施例的降压型单向直流自耦变压器，若第一电压源型换流器11和第二电压源型换流器13采用模块化多电平换流器(MMC)结构，通过将第一电压源型换流器11和第二电压源型换流器13的部分子模块替换为可阻断直流故障电流的子模块，如全桥子模块、箝位双子模块、自阻型子模块等，当第二直流系统8发生直流故障时，通过阻断第一电压源型换流器11和第二电压源型换流器13的触发脉冲达到隔离第二直流系统8直流故障的目的。当第一直流系统7发生直流故障时，第二直流系统8的直流电压将施加在第一电压源型换流器11和第二电压源型换流器13上，若第一电压源型换流器11和第二电压源型换流器13的额定耐压不够，通过在第一电压源型换流器11和第二电压源型换流器13的每个桥臂上额外串联半桥子模块可以达到阻断第一直流系统7直流故障的目的。
对于图7～图12所示的升压型单向直流自耦变压器，第二直流系统8发生直流故障时，第一直流系统7将通过第一不控整流器1、第二不控整流器3向第二直流系统8的直流故障点提供短路电流，为了阻断此故障电流通路，可以在第一不控整流器1和第二不控整流器3上串联直流断路器，第二直流系统8发生直流故障时，通过开断直流断路器达到切断直流故障通路的目的。
对于图7～图12所示的升压型单向直流自耦变压器，第一直流系统7发生直流故障时，第二直流系统8的直流电压将施加在第一不控整流器1和第二不控整流器3上，当第一不控整流器1和第二不控整流器3的耐压不够时，通过提高第一不控整流器1和第二不控整流器3的耐压达到隔离第一直流系统7直流故障的目的。
在一个实施例中，例如对于图7所示的升压型单向直流自耦变压器，记第一直流系统7向第二直流系统8传输的直流功率为PN。如果忽略损耗，可计算得idc1、idc2为，
i d c 1 = P N E 1 , i d c 2 = P N E 2 - - - ( 1 )
流经第二电压源型换流器2的直流电流为
i V S C 2 = i d c 1 - i d c 2 = ( P N E 1 - P N E 2 ) - - - ( 2 )
可进一步得到第二电压源型换流器2的额定功率为：
P V S C 2 = E 1 i V S C 2 = P N ( 1 - E 1 E 2 ) - - - ( 3 )
同理第可以计算得到第一不控整流器1和第二不控整流器3的额定功率为
P D I O 1 = P D I O 3 = E 2 - E 1 2 i d c 2 = P N ( 1 - E 1 E 2 ) - - - ( 4 )
记直流电压变比为k＝E2/E1(k≥1)，式(3)和(4)可进一步化简为：
P V S C 2 = E 1 i V S C 2 = P N ( 1 - 1 k ) - - - ( 5 )
P D I O 1 = P D I O 3 = P N 2 ( 1 - 1 k ) - - - ( 6 )
对于图1所示的常规DC-AC-DC型单向直流-直流变换器，其电压源型换流器的换流器容量始终为PN，其不控整流器的换流器容量也始终为PN。图27对比了常规直流-交流-直流变换技术与单向直流-直流自耦变压器技术所使用的电压源型换流器的容量，其中‘DC-AC_DC’曲线代表常规DC-AC-DC技术，‘UnidirectionalDCAUTO’代表单向直流-直流自耦变压器技术,‘PVSC/PN’代表电压源型换流器额定功率与额定传输直流功率的比值。可知，在变比k≤5时，单向直流-直流自耦变压器技术所使用的电压源型换流器容量始终小于常规直流-交流-直流变换技术所使用的换流器容量，从而可以大大降低投资成本和运行损耗。
为了对单向直流-直流自耦变压器进行技术可行性验证，本发明在国际公认软件PSCAD/EMTDC上搭建了升压型和降压型单向直流-直流自耦变压器的仿真算例，算例中，第一直流系统7和第二直流系统8的额定直流电压分别为±320kV和±500kV(即E1＝640kV,E2＝1000kV)，额定传输的直流功率为1000MW。
图28-图31为一个实施例中降压型单向直流-直流自耦变压器的仿真结果。优选地，所施加的扰动为，0.2s～0.5s直流功率指令值从0上升为1000MW，2.0s～2.2s直流功率指令值从1000MW下降为0，3.0s～3.2s直流功率进一步从0上升为1000MW，4.0s第一直流系统7施加持续时间0.1s的极对极直流故障，6.0s时第二直流系统8施加极对极直流永久故障。
图28中Pdcref为第二直流系统8向第一直流系统7传输的直流功率指令值，Pdc为实测的直流功率值，可知直流功率实测值能良好地跟踪直流功率指令值。
图29中PVSC1为第一电压源型换流器11逆变的交流功率，PDIO2为不控整流器12整流的交流功率，对比图28和图29可知，单向直流-直流自耦变压器中的交流功率远远低于直流功率。
图30为单向直流-直流自耦变压器交流电压的标幺值，可知，直流功率上升时，交流电压上升，直流功率下降时，交流电压下降。
图31为第一直流系统7和第二直流系统8的直流电压波形，可知，4.0s，第一直流系统7发生直流故障时，E1降为0，E2基本保持不变，6.0s第二直流系统8发生直流故障时，E2降为0，E1基本保持不变，即升压型单向直流自耦变具备双向直流故障隔离能力。
图32～图35为一个实施例中的升压型单向直流-直流自耦变压器的仿真结果，优选地，所施加的扰动为，0.2s～0.5s直流功率指令值从0上升为1000MW，1.5s～1.7s直流功率指令值从1000MW下降为0，3.0s～3.2s直流功率进一步从0上升为1000MW，4.0s第一直流系统7施加持续时间0.1s的极对极直流故障，5.0s时第二直流系统8施加极对极直流永久故障。
图32中Pdcref为第一直流系统7向第二直流系统8传输的直流功率指令值，Pdc为实测的直流功率值，可知直流功率实测值能良好地跟踪直流功率指令值。
图33中PDIO1为第一不控整流器1整流的交流功率，PVSC2为第二电压源型换流器2逆变的交流功率，对比图32和图33可知，单向直流-直流自耦变压器中的交流功率远远低于直流功率。
图34为单向直流-直流自耦变压器交流电压的标幺值，可知，直流功率上升时，交流电压上升，直流功率下降时，交流电压下降。
图35为第一直流系统7和第二直流系统8的直流电压波形，可知，4.0s，第一直流系统7发生直流故障时，E1降为0，E2基本保持不变，5.0s第二直流系统8发生直流故障时，E2降为0，E1基本保持不变，即升压型单向直流自耦变具备双向直流故障隔离能力。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (31)

1.一种单向直流-直流自耦变压器，用于从高电压等级的第二直流系统向低电压等级的第一直流系统单向传输直流功率，其特征在于，该自耦变压器包括第一电压源型换流器、不控整流器和第二电压源型换流器，其中，
所述第一电压源型换流器的正极和第二直流系统的正极相联接，第一电压源型换流器的负极和不控整流器的正极相联接，不控整流器的负极和第二电压源型换流器的正极相联接，第二电压源型换流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述不控整流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且所述第一电压源型换流器、不控整流器和第二电压源型换流器的交流侧互联在一起；
通过利用两电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第二直流系统向第一直流系统传输的直流功率。
2.一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联正极性的不对称单极第一直流系统和正极性的不对称单极第二直流系统，实现从高电压等级的第二直流系统向低电压等级的第一直流系统单向传输直流功率，其特征在于，该自耦变压器包括第一电压源型换流器和不控整流器，其中，
所述第一电压源型换流器的正极和第二直流系统正极相联接，第一电压源型换流器的负极和不控整流器的正极相联接，不控整流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述不控整流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且第一直流系统的负极、第二直流系统的负极以及不控整流器的负极接地或者通过金属回线接地；
通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第二直流系统向第一直流系统传输的直流功率。
3.一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联负极性的不对称单极第一直流系统和负极性的不对称单极第二直流系统，实现从高电压等级的第二直流系统向低电压等级的第一直流系统单向传输直流功率，其特征在于，该自耦变压器包括不控整流器和第二电压源型换流器，其中，
所述不控整流器的正极和第二直流系统的正极相联接，不控整流器的负极和第二电压源型换流器的正极相联接，第二电压源型换流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述不控整流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且上述第一直流系统的正极、第二直流系统的正极以及不控整流器的正极接地或者通过金属回线接地；
通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第二直流系统向第一直流系统传输的直流功率。
4.根据权利要求1所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述不控整流器进一步地由正极子整流器和负极子整流器串联组成，其中所述正极子整流器的负极和负极子整流器的正极相联接，且联接点处接地。
5.根据权利要求4所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述正极子整流器和负极子整流器的联接点还经过金属回线与第一直流系统或第二直流系统的中性点相联接，使得在不对称运行时直流电流经过该金属回线构成回路从而避免直流电流对直流线路上金属管道的腐蚀。
6.根据权利要求4或5所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述第一电压源型换流器的交流侧和正极子整流器的交流侧互联在一起，所述负极子整流器的交流侧和第二电压源型换流器的交流侧互联在一起，两互联的交流联接之间无电气联接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述不控整流器和电压源型换流器的交流侧经过一个两绕组或多绕组的交流变压器互联在一起。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述不控整流器和电压源型换流器的交流侧各经过交流变压器或相电抗器联接至一交流公共母线，或者直接联接至一交流公共母线。
9.根据权利要求7或8所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，交流公共母线与外部交流电网相联接或者所述两绕组或多绕组的交流变压器与外部交流电网相联接。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，所述电压源型换流器采用模块化多电平换流器拓扑时，其每个桥臂的部分子模块为具备阻断直流故障电流能力的子模块，从而在第二直流系统发生直流故障时可为单向直流-直流自耦变压器提供直流故障隔离。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，当所述电压源型换流器的额定直流电压不够时，在电压源型换流器的每个桥臂上额外串联半桥子模块从而增加所述电压源型换流器的耐压，使得在第一直流系统发生直流故障时可为单向直流-直流自耦变压器提供直流故障隔离，同时使得电压源型换流器不因为承载过电压而损毁。
12.一种权利要求1-11中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器的高压侧故障隔离方法，其特征为，在所述电压源型换流器采用模块化多电平换流器拓扑时，将所述电压源型换流器的部分子模块替换为可阻断直流故障电流的子模块，使得在所述第二直流系统发生直流故障时，通过闭锁电压源型换流器的全控电力电子器件的触发脉冲隔离第二直流系统的直流故障。
13.一种权利要求1-12中任一项所述的直流-直流自耦变压器的低压侧故障隔离方法，其特征为，在第一直流系统发生直流故障时，通过闭锁所述电压源型换流器的全控电流电子器件的触发脉冲，从而隔离第一直流系统的直流故障。
14.根据权利要求13所述的低压侧故障隔离方法，其中，在所述电压源型换流器闭锁后的反向耐压之和低于第二直流系统的额定直流电压时，增大所述电压源型换流器的额定直流电压。
15.一种单向直流-直流自耦变压器，用于从低电压的第一直流系统向高电压的第二直流系统单向传输直流功率，其特征在于，该自耦变压器包括第一不控整流器、电压源型换流器和第二不控整流器，其中，
所述第一不控整流器的正极和第二直流系统的正极相联接，第一不控整流器的负极和电压源型换流器的正极相联接，电压源型换流器的负极和第二不控整流器的正极相联接，第二不控整流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述电压源型换流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且所述第一不控整流器、电压源型换流器和第二不控整流器的交流侧互联在一起；
通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第一直流系统向第二直流系统传输的直流功率。
16.一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联正极性的不对称单极第一直流系统和正极性的不对称单极第二直流系统，实现从低电压的所述第一直流系统向高电压的所述第二直流系统单向传输直流功率，该自耦变压器包括第一不控整流器和电压源型换流器，其中，
所述第一不控整流器的正极和直流系统正极相联接，第一不控整流器的负极和电压源型换流器的正极相联接，电压源型换流器负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述电压源型换流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且第一直流系统的负极、第二直流系统负极和电压源型换流器的负极接地或经过金属回线接地；
通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第一直流系统向第二直流系统传输的直流功率。
17.一种单向直流-直流自耦变压器，用于互联负极性的不对称单极第一直流系统和负极性的不对称单极第二直流系统，实现从低电压的所述第一直流系统向高电压的所述第二直流系统单向传输直流功率，该自耦变压器包括电压源型换流器和第二不控整流器，其中，
所述电压源型换流器的正极和第二直流系统的正极相联接，电压源型换流器的负极和第二不控整流器的正极相联接，第二不控整流器的负极和第二直流系统的负极相联接，同时所述第电压源型换流器的正极和负极分别与第一直流系统的正极和负极相联接，且第一直流系统的正极、第二直流系统的正极以及电压源型换流器的正极直接接地或者经过金属回线接地；
通过利用电压源型换流器控制单向直流-直流自耦变压器的交流电压从而实现控制从第一直流系统向第二直流系统传输的直流功率。
18.根据权利要求15所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述电压源型换流器进一步地由正极子换流器和负极子换流器串联组成，其中所述正极子换流器的负极和负极子换流器的正极相联接，且联接点处接地。
19.根据权利要求18所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述正极子换流器和负极子换流器的联接点还经过金属回线与第一直流系统或第二直流系统的中性点相联接，使得在不对称运行时直流电流经过该金属回线构成回路从而避免直流电流对直流线路上金属管道的腐蚀。
20.根据权利要求18或19所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述第一不控整流器的交流侧和正极子换流器的交流侧互联在一起，所述负极子换流器的交流侧和第二不控整流器的交流侧互联在一起，两互联的交流联接之间无电气联接。
21.根据权利要求15-20中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述不控整流器和电压源型换流器的交流侧经过一个两绕组或多绕组的交流变压器互联在一起。
22.根据权利要求15-20中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，所述不控整流器和电压源型换流器的交流侧各经过交流变压器或相电抗器联接至一交流公共母线，或者直接联接至一交流公共母线。
23.根据权利要求21或22所述的单向直流-直流自耦变压器，其中，交流公共母线与外部交流电网相联接或者所述两绕组或多绕组的交流变压器与外部交流电网相联接。
24.根据权利要求15-23中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，在所述不控整流器上串联了直流断路器，从而可在第二直流系统发生直流故障时为单向直流-直流自耦变压器提供直流故障隔离。
25.根据权利要求15-24中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，在所述不控整流器闭锁后的反向耐压之和低于第二直流系统的直流电压时，可额外增加所述不控整流器的额定直流电压，从而在第一直流系统发生直流故障时为单向直流-直流自耦变压器提供直流故障隔离，同时使得所述不控整流器不因为承载过电压而损毁。
26.一种权利要求15-25中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器的高压侧故障隔离方法，其特征为，在所述不控整流器上串联直流断路器，当高压侧发生直流故障时，通过开断所述直流断路器来隔离高压侧直流故障。
27.一种权利要求15-26中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器的低压侧故障隔离方法，其特征为，在低压侧发生直流故障时，闭锁电压源型换流器的触发脉冲隔离低压侧直流故障。
28.根据权利要求27所述的直流-直流自耦变压器的低压侧故障隔离方法，其中，在所述不控整流器的反向耐压不够时，可额外提高不控整流器的额定直流电压。
29.根据权利要求1-28中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，所述的电压源型换流器可以采用模块化多电平换流器、两电平换流器、三电平换流器等各种电压源型换流器拓扑。
30.根据权利要求1-29中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，所述的不控整流器可以采用多个不控整流器串联而成，并经过一定的组合降低谐波。
31.根据权利要求1-30中任一项所述的单向直流-直流自耦变压器，其特征在于，所述的不控整流器、电压源型换流器的交流侧可以采用单相、两相、三相或多相交流电路。
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