[发明专利]基于模块化多电平换流器的柔性直流输电双极拓扑结构

说明书

技术领域

本发明属于柔性直流输电领域，特别涉及一种基于模块化多电平换流器的柔性直流输电双极拓扑结构。

背景技术

柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的传输、提高交流系统的输电能力，易于构成多端直流输电系统，在可再生能源的发电并网、孤岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。

电压源换流器有很多种拓扑，其中模块化多电平结构因其具有输出电压谐波含量低、无需无源滤波器、开关频率低、器件损耗小、无需器件直接串联等优点，近年来得到广泛研究，并在多个工程中得到应用。图1是基于模块化多电平换流器柔性直流输电的现有拓扑结构，包括换流变压器和换流阀组等，其中，换流阀组由6个桥臂组成，两个桥臂串联构成一个相单元，连接处称为相单元中点，与换流变压器的副边绕组相连；每个桥臂由至少一个子模块和桥臂电抗器串联而成，每个子模块至少包含两个IGBT、两个二极管和一个电容，其中，二极管D1的阳极连接IGBTT1的源极，二极管D1的阴极连接IGBTT1的漏极，二极管D2的阳极连接IGBT T2的源极，二极管D2的阴极连接IGBTT2的漏极；而T1的漏极经由电容C连接T2的源极，T1的源极连接T2的漏极，且该连接点与桥臂电抗器相串联。

每个子模块的上下IGBT不可以同时导通，因此有三种运行状态：闭锁、导通与关断，如图2所示。

正常运行时子模块工作在导通或者关断状态，当工作在导通状态时，子模块端口输出电压为电容电压，工作在关断状态时子模块端口输出电压为0，因此每个子模块相当于一个受控的两电平电压源。每个桥臂由多个相互独立控制的子模块串联而成，通过选择导通子模块的数量可产生不同的电压值，因此每个桥臂都可等效为一个受控的多电平电压源。正常运行时相单元中点的电压波形为多电平阶梯波，电平数由串联子模块的数量决定，当串联子模块数量足够多的时候，相单元中点电压的谐波含量足够低，因此不需要配置或者只需要配置容量很小的滤波器。

直流电压等于每个相单元中投入的子模块的电压和，理论上可以通过增加串联子模块的数量来提高直流电压等级，然而现实中此方案会受到一次设备绝缘等级和阀控设备计算容量的限制。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于模块化多电平换流器的柔性直流输电双极拓扑结构，其可增大直流电压等级，减小阀控设备计算容量，提高柔性直流输电系统的可靠性。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于模块化多电平换流器的柔性直流输电双极拓扑结构，包括换流变压器和换流阀组，其中，换流阀组由6个桥臂组成，两两桥臂一组串联构成一个相单元，连接处称为相单元中点；每个桥臂由至少一个子模块和一个桥臂电抗器串联而成；所述拓扑结构包含两个前述换流阀组，分别是高压阀组和低压阀组，所述高压阀组的低电位端与低压阀组的高电位端相连并低阻接地，高压阀组和低压阀组的相单元中点分别与换流变压器的两组副边相连。

上述子模块包括两个IGBT、一个电容和两个二极管，所述两个二极管的阳极分别连接两个IGBT的源极，两个二极管的阴极分别连接对应IGBT的漏极；所述第一IGBT的漏极经由电容连接第二IGBT的源极，而第一IGBT的源极连接第二IGBT的漏极，并与桥臂电抗器相串联。

上述高压阀组和低压阀组都是模块化多电平结构。

上述高压阀组和低压阀组的结构相同，额定电压等级和额定电流等级相同。

上述换流变压器的两组副边电压相等，相位相差30度或者同相位。

上述换流变压器是一台三绕组变压器，或者是两台双绕组变压器。

上述换流变压器的两组副边电气隔离，且中心点高阻接地或者不接地。

上述高压阀组和低压阀组连接处为直流侧中性点，直流侧中性点低阻接地。

采用上述方案后，本发明的有益效果为：

（1）在不增加桥臂子模块数量的情况下可以增大直流电压等级；

（2）避免阀控设备计算容量的越限；

（3）双极中某一极发生故障时，可以单极运行，提高柔性直流输电系统的可靠性。

附图说明

图1是基于模块化多电平换流器的柔性直流输电的现有拓扑结构；

图2是模块化多电平换流器的子模块三种运行状态示意图；

图3是本发明中换流变压器是一台三绕组变压器的拓扑结构；

图4是本发明中换流变压器是两台双绕组变压器的拓扑结构。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。