一种柔性直流输电系统拓扑结构技术方案

本发明专利技术提供一种柔性直流输电系统拓扑结构，包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂均包括串联的电抗器和多个子模块，所述多个子模块中的部分子模块为第一子模块，其余子模块为第二子模块，且每个第一子模块均包括引导晶体管和抵消电容，所述拓扑结构还包括控制单元，其用于判断系统是否出现直流故障，以及在判断系统出现直流故障时控制每个第一子模块中的引导晶体管关断，以使故障电流流经每个第一子模块的抵消电容后流入故障点，从而抑制故障电流。本发明专利技术能够在发生直流故障时有效地减小故障电流，避免烧毁其中的电子器件。

Topology structure of a flexible HVDC system

The invention provides a flexible DC transmission system topology, including three phase units, each unit includes a bridge arm and the lower arm, upper arm and the lower bridge arm of each phase unit are including series reactor and multi sub modules, sub modules of the plurality of sub modules for the first the sub module, the remaining sub module into second sub modules, and each of the first sub module includes guide and offset the transistor capacitance, the topology structure also includes a control unit, which is used for judging whether there is fault and DC system, DC fault control and guide the first transistor of each sub module of the shutdown in judge system offset capacitor to make the fault current flowing through each of the first sub module into the fault point, to suppress the fault current. The invention can effectively reduce the fault current when the DC fault occurs, so as to avoid burning the electronic device in the device.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电系统拓扑结构
本专利技术涉及柔性直流输配电
，具体涉及一种柔性直流输电系统拓扑结构。
技术介绍
柔性直流输电技术是构建智能电网的重要组成部分。与传统输电方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。模块化多电平换流器(MMC,ModularMultilevelConverter)因具备开关频率低、损耗小等优点，已被广泛应用于柔性直流输电系统，是目前比较主流的柔性直流输电换流器结构之一。MMC一般由多个结构相同的子模块(SM,Sub-module)级联构成。目前，用于构成MMC拓扑结构的子模块主要有H-MMC(半桥子模块)、F-MMC(全桥子模块)和C-MMC(箝位双子模块)三种。其中，半桥子模块因具有结构简单、功率器件少、控制算法易于实现、损耗小和系统效率高等优势而在换流器中得到广泛应用。但是，半桥子模块级联形成的MMC无法有效闭锁直流故障，因此，一旦发生直流故障，势必会烧毁其中的IGBT和二极管等电子器件，从而造成极大的损失。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种柔性直流输电系统拓扑结构，能够在发生直流故障时有效地减小故障电流，避免烧毁其中的电子器件。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种柔性直流输电系统拓扑结构，包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂均包括串联的电抗器和多个子模块，所述多个子模块中的部分子模块为第一子模块，其余子模块为第二子模块，且每个第一子模块均包括引导晶体管和抵消电容，所述拓扑结构还包括控制单元，其用于判断系统是否出现直流故障，以及在判断系统出现直流故障时控制每个第一子模块中的引导晶体管关断，以使故障电流流经每个第一子模块的抵消电容后流入故障点，从而抑制故障电流。优选地，所述第一子模块还包括第一半桥电路和第二半桥电路，且第一半桥电路和第二半桥电路中均含有抵消电容，第一半桥电路、第二半桥电路和引导晶体管彼此连接。进一步优选地，所述第一半桥电路包括晶体管VT11及与其反向并联的二极管VD11、晶体管VT12及与其反向并联的二极管VD12，以及作为抵消电容的电容C11，晶体管VT11和晶体管VT12串联，电容C11与二者并联；所述第二半桥电路包括晶体管VT13及与其反向并联的二极管VD13、晶体管VT14及与其反向并联的二极管VD14，以及作为抵消电容的电容C12，晶体管VT13和晶体管VT14串联，电容C12与二者并联；每个第一子模块还包括连接在第一半桥电路的电容C11的正极和第二半桥电路的电容C12的负极之间的二极管VD16；所述控制单元具体用于在判断出现直流故障时控制每个第一子模块的引导晶体管关断，以使故障电流依次流经每个第一子模块的二极管VD13、电容C12、二极管VD16、电容C11和二极管VD12后，流入故障点。优选地，所述控制单元还用于在判断系统处于正常工作状态时控制每个第一子模块的引导晶体管始终导通。优选地，所述控制单元还用于在判断系统处于正常工作状态时，通过控制每个第一子模块的晶体管VT11导通或晶体管VT12导通而使电容C11被接入系统或从系统中切除；以及通过控制每个第一子模块的晶体管VT13导通或晶体管VT14导通而使电容C12被接入系统或从系统中切除。优选地，所述控制单元具体用于在判断系统处于正常工作状态时，通过控制每个第一子模块的晶体管VT11导通、晶体管VT12关断而使电容C11被接入系统，通过控制每个第一子模块的晶体管VT11关断、晶体管VT12导通而使电容C11被从系统中切除；以及通过控制每个第一子模块的晶体管VT14导通、晶体管VT13关断而使电容C12被接入系统，通过控制每个第一子模块的晶体管VT14关断、晶体管VT13导通而使电容C12被从系统中切除。优选地，每个第一子模块还包括与所述引导晶体管反向并联的二极管VD15。优选地，每个子模块中采用的开关器件包括绝缘栅双极型晶体管。优选地，每个相单元的上桥臂或下桥臂的第一子模块的数量需满足的条件是，该数量的第一子模块能够阻断的直流故障电流的强度不低于待阻断的直流故障电流的强度。有益效果：本专利技术所述柔性直流输电系统拓扑结构采用新型子模块，在判断系统出现直流故障时控制每个第一子模块的引导晶体管关断，从而切断故障通路，以使得故障电流流经每个第一子模块的抵消电容后流入故障点，此时抵消电容能够为系统回路提供反向电压，用以抵消交流电压到故障点之间的电压差，而电压差减小，自然就抑制了回路中的故障电流，实现直流故障电流的隔离，从而能有效闭锁直流故障。因此，本专利技术所述柔性直流输电系统拓扑结构能够在发生直流故障时，自动抑制故障电流，从而保护了其中的电子器件。附图说明图1为专利技术实施例提供的柔性直流输电系统拓扑结构的示意图；图2为本专利技术实施例提供的第一子模块的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的第二子模块的结构示意图；以及图4为本专利技术实施例提供的故障电流流向示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细描述。如图1所示，本专利技术实施例提供一种柔性直流输电系统拓扑结构，具体涉及一种三相MMC(ModularMultilevelConverter，模块化多电平换流器)拓扑结构，其包括三个相单元，分别为A相单元、B相单元和C相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂的结构相同，均包括依次串联的电抗器L、m个第一子模块和n个第二子模块。每个相单元的子模块的总数2(m+n)是由系统设计之初通过直流母线电压、电子器件耐压等级以及子模块的类型等因素共同决定的。具体地，对于A相单元的上桥臂，输出端Ag依次连接电抗器LA上、m个第一子模块、n个第二子模块后接入直流母线电压的正极Vdc+，其中，第二子模块1的输出端A2与直流母线电压的正极Vdc+连接、输出端B2与相邻的第二子模块2的输出端A2连接，第二子模块n的输出端A2与相邻的第二子模块(n-1)的输出端B2连接、第二子模块n的输出端B2与第一子模块1的输出端A1连接，第一子模块1的输出端B1与相邻的第一子模块2的输出端A1连接，第一子模块m的输出端A1与相邻的第一子模块(m-1)的输出端B1连接，第一子模块m的输出端B1与电抗器LA上的一端连接，电抗器LA上的另一端与输出端Ag连接，A相单元的上桥臂的其他第一/第二子模块的输出端A1/A2均与其相邻的上一个第一/第二子模块的输出端B1/B2连接、A相单元的上桥臂的其他第一/第二子模块的输出端B1/B2均与其相邻的下一个第一/第二子模块的输出端A1/A2连接，某一个第一/第二子模块相邻的上一个第一/第二子模块指的是与该第一/第二子模块相邻且在电路连接关系上比该第一/第二子模块更接近直流母线电压的正极Vdc+的子模块，例如第一/第二子模块2是与第一/第二子模块3相邻的上一个子模块；某一个第一/第二子模块相邻的下一个第一/第二子模块指的是与该第一/第二子模块相邻且在电路连接关系上比该第一/第二子模块更接近输出端子Ag的子模块，例如第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性直流输电系统拓扑结构，包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂均包括串联的电抗器和多个子模块，其特征在于，所述多个子模块中的部分子模块为第一子模块，其余子模块为第二子模块，且每个第一子模块均包括引导晶体管和抵消电容，所述拓扑结构还包括控制单元，其用于判断系统是否出现直流故障，以及在判断系统出现直流故障时控制每个第一子模块中的引导晶体管关断，以使故障电流流经每个第一子模块的抵消电容后流入故障点，从而抑制故障电流。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电系统拓扑结构，包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂均包括串联的电抗器和多个子模块，其特征在于，所述多个子模块中的部分子模块为第一子模块，其余子模块为第二子模块，且每个第一子模块均包括引导晶体管和抵消电容，所述拓扑结构还包括控制单元，其用于判断系统是否出现直流故障，以及在判断系统出现直流故障时控制每个第一子模块中的引导晶体管关断，以使故障电流流经每个第一子模块的抵消电容后流入故障点，从而抑制故障电流。2.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一子模块还包括第一半桥电路和第二半桥电路，且第一半桥电路和第二半桥电路中均含有抵消电容，第一半桥电路、第二半桥电路和引导晶体管彼此连接。3.根据权利要求2所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一半桥电路包括晶体管VT11及与其反向并联的二极管VD11、晶体管VT12及与其反向并联的二极管VD12，以及作为抵消电容的电容C11，晶体管VT11和晶体管VT12串联，电容C11与二者并联；所述第二半桥电路包括晶体管VT13及与其反向并联的二极管VD13、晶体管VT14及与其反向并联的二极管VD14，以及作为抵消电容的电容C12，晶体管VT13和晶体管VT14串联，电容C12与二者并联；每个第一子模块还包括连接在第一半桥电路的电容C11的正极和第二半桥电路的电容C12的负极之间的二极管VD16；所述控制单元具体用于在判断出现直流故障时控制每个第一子模块的引导晶体管关断，以使故障电流依次流经每个第一子模块的二极管VD13、电容C12、二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李战龙，侯丹，刘伟增，陈名，许树楷，郝翔，秦健，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，特变电工西安柔性输配电有限公司，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65