用于连接多条交流线路的多端口换流装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于连接多条交流线路的多端口换流装置，属于电力电子功率变换领域。本发明专利技术的多端口换流装置包含N个全桥模块化多电平换流器和N台单相高频变压器，每个全桥模块化多电平换流器的两个高频交流线端与对应的单相高频变压器原边绕组的两个线端相连接，所有的单相高频变压器副边绕组的两个线端并联连接在一起，每个全桥模块化多电平换流器的工频交流三相线端构成所述的用于连接多条交流线路的多端口换流装置的一端三相交流输入接口。通过本发明专利技术的多端口换流装置可以连接多条交流线路，并可以调节多条交流线路之间的潮流分配和故障隔离，通过使用高频变压器实现电压匹配和电气隔离，可以大幅减小多端口换流装置的体积和重量。

Multi port commutation device for connecting a plurality of AC lines

The invention relates to a multi port commutation device used for connecting a plurality of AC lines, belonging to the field of power electronic power conversion. The invention of the multi port device includes a N converter full bridge modular multilevel converter and single-phase N high frequency transformer, single-phase high-frequency transformer primary winding of each full bridge modular multilevel converter two high frequency AC line ends and the two line is connected, two wire single-phase high frequency transformer secondary winding all end are connected in parallel, each line AC three-phase full bridge modular multilevel converter is used to form the multi port is connected with a plurality of AC line commutation device is a three-phase AC input interface. Flow device can be connected to a plurality of communication lines through the multi port of the invention can change, and the distribution of power flow and fault isolation between regulated AC lines, through the use of high frequency transformer, electrical isolation and voltage, volume and weight can significantly reduce the multi port converter device.

【技术实现步骤摘要】
用于连接多条交流线路的多端口换流装置
本专利技术属于电力电子功率变换领域，特别涉及一种用于连接多条交流线路的多端口换流装置。
技术介绍
随着电网规模的不断发展，通常采取分区运行的方式以优化电网结构和提高电网的安全稳定运行水平，分区电网间潮流的快速灵活控制也已显得非常必要。但是在用电负荷不断快速增长的情况下，分区电网直接通过交流线路连接会受到安全稳定和短路容量等因素的限制。对于配电网的环网供电，合环运行后也会导致因此合环线路短路电流剧增，短路容量过大。如果通过一个多端口换流装置的每个端口接入一条三相交流线路，可以通过多端接口换流装置调节多条交流线路之间的潮流分配，并实现多条交流线路之间的故障隔离。随着柔性直流输电技术的发展，目前一种技术是通过柔性直流技术实现分区间互联，各交流线路各接入一个电压源换流器，多个电压源换流器的直流母线背靠背连接在一起形成公共直流链，通过直流链实现各三相交流线路的有功功率传输。通过电压源换流器的隔离也能够限制分区互联后的短路电流。但是，对这种基于直流链互联的方式，各个电压源换流器与交流线路之间一般需要通过工频变压器连接，以实现电压的匹配和电气隔离。由于每个端口都需要一台工频变压器，将造成多端口换流装置十分笨重，体积也将十分庞大，并带来工频振动和噪声等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于连接多条交流线路的多端口换流装置，针对现有技术缺陷，在发生直流短路故障时，通过高频交流链的方式连接各端口的电压源换流器，使用高频变压器实现电压匹配和电气隔离，减小多端口换流装置的体积和重量，实现高功率密度和高效率的多端口换流装置。本专利技术提出的用于连接多条交流线路的多端口换流装置，包括N个全桥模块化多电平换流器101和N台单相高频变压器102；所述的N个全桥模块化多电平换流器的两个高频交流线端分别与所述的N台单相高频变压器的原边绕组的两个线端相连接；N台单相高频变压器的副边绕组的两个线端并联连接在一起；N个全桥模块化多电平换流器的工频交流三相线端构成用于连接多条交流线路的多端口换流装置N个端口的三相交流输入接口。上述用于连接多条交流线路的多端口换流装置中，所述的全桥模块化多电平换流器，包括三个上换流桥臂201、三个下换流桥臂202、两组三台滤波电抗器203；所述的三个上换流桥臂的三个负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器LA1、LB1和LC1的一端，三个下换流桥臂正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器LA2、LB2和LC2的一端，第一组三台滤波电抗器LA1、LB1、LC1的另一端分别与第二组三台滤波电抗器LA2、LB2和LC2的另一端连接后作为模块化多电平换流器的工频交流三相线端A、B、C；所述的三个上换流桥臂的正极端连接到一起构成模块化多电平换流器的一个高频交流线端HF1；所述的三个下换流桥臂的负极端连接到一起构成模块化多电平换流器的另一个高频交流线端HF2。上述用于连接多条交流线路的多端口换流装置中，所述的上换流器桥臂和下换流桥臂的结构相同，由多个相同的全桥功率模块采用串联连接，形成换流桥臂的一个正极端+和一个负极端-。上述用于连接多条交流线路的多端口换流装置中，所述的全桥功率模块，由第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、直流电容组成CD；所述的第一半导体开关S1的发射极、第一二极管D1的阳极、第二半导体开关S2的集电极和第二二极管D2的阴极相互连接后构成全桥功率模块的第一端子T1；所述的第三半导体开关S3的发射极、第三二极管D3的阳极、第四半导体开关S4的集电极和第四二极管D4的阴极相互连接后构成全桥功率模块的第二端子T2；所述的第一半导体开关S1的集电极、第一二极管D1的阴极、第三半导体开关S3的集电极、第三二极管D3的阴极和直流电容CD的正极相互连接；所述的第二半导体开关S2的发射极、第二二极管D2的阳极、第四半导体开关S4的发射极、第四二极管D4的阳极和直流电容CD的负极相互连接。本专利技术提出的用于连接多条交流线路的多端口换流装置，其优点是：本专利技术装置通过高频交流链的方式连接各端口的电压源换流器，使用高频变压器实现电压匹配和电气隔离，可以大幅减小多端口换流装置的体积和重量，实现高功率密度和高效率的多端口换流装置。通过本专利技术提出的用于连接多条交流线路的多端口换流装置，可以调节多条交流线路之间的潮流分配，实现多条交流线路相互间的有功功率支撑，并实现多条交流线路之间的故障隔离，提高供电的可靠性和经济性。附图说明图1是本专利技术的用于连接多条交流线路的多端口换流装置的电路原理图。图2是图1所示的多端口换流装置中全桥模块化多电平换流器的电路原理图。图3是图2所示的上换流桥臂和下换流桥臂的电路原理图。图4是图3所示的上换流桥臂和下换流桥臂电路中全桥功率模块的电路原理图。图5是本专利技术的用于连接多条交流线路的多端口换流装置的全桥模块化多电平换流器的运行原理图。具体实施方式本专利技术提出的用于连接多条交流线路的多端口换流装置，其电路原理图如图1所示，包括N个全桥模块化多电平换流器101和N台单相高频变压器102；所述的N个全桥模块化多电平换流器的两个高频交流线端分别与所述的N台单相高频变压器的原边绕组的两个线端相连接；N台单相高频变压器的副边绕组的两个线端并联连接在一起；N个全桥模块化多电平换流器的工频交流三相线端构成用于连接多条交流线路的多端口换流装置N个端口的三相交流输入接口。上述用于连接多条交流线路的多端口换流装置中的全桥模块化多电平换流器，其电路原理图如图2所示，包括三个上换流桥臂201、三个下换流桥臂202、两组三台滤波电抗器203；所述的三个上换流桥臂的三个负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器LA1、LB1和LC1的一端，三个下换流桥臂正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器LA2、LB2和LC2的一端，第一组三台滤波电抗器LA1、LB1、LC1的另一端分别与第二组三台滤波电抗器LA2、LB2和LC2的另一端连接后作为模块化多电平换流器的工频交流三相线端A、B、C；所述的三个上换流桥臂的正极端连接到一起构成模块化多电平换流器的一个高频交流线端HF1；所述的三个下换流桥臂的负极端连接到一起构成模块化多电平换流器的另一个高频交流线端HF2。其中的上换流器桥臂和下换流桥臂的结构相同，其电路原理图如图3所示，由多个相同的全桥功率模块采用串联连接，形成换流桥臂的一个正极端+和一个负极端-。上述全桥功率模块，其电路原理图如图4所示，由第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、直流电容组成CD；所述的第一半导体开关S1的发射极、第一二极管D1的阳极、第二半导体开关S2的集电极和第二二极管D2的阴极相互连接后构成全桥功率模块的第一端子T1；所述的第三半导体开关S3的发射极、第三二极管D3的阳极、第四半导体开关S4的集电极和第四二极管D4的阴极相互连接后构成全桥功率模块的第二端子T2；所述的第一半导体开关S1的集电极、第一二极管D1的阴极、第三半导体开关S3的集电极、第三二极管D3的阴极和直流电容CD的正极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于连接多条交流线路的多端口换流装置，其特征在于，包括N个全桥模块化多电平换流器101和N台单相高频变压器102；所述的N个全桥模块化多电平换流器的两个高频交流线端分别与所述的N台单相高频变压器的原边绕组的两个线端相连接；N台单相高频变压器的副边绕组的两个线端并联连接在一起；N个全桥模块化多电平换流器的工频交流三相线端构成用于连接多条交流线路的多端口换流装置N个端口的三相交流输入接口。

【技术特征摘要】
1.一种用于连接多条交流线路的多端口换流装置，其特征在于，包括N个全桥模块化多电平换流器101和N台单相高频变压器102；所述的N个全桥模块化多电平换流器的两个高频交流线端分别与所述的N台单相高频变压器的原边绕组的两个线端相连接；N台单相高频变压器的副边绕组的两个线端并联连接在一起；N个全桥模块化多电平换流器的工频交流三相线端构成用于连接多条交流线路的多端口换流装置N个端口的三相交流输入接口。2.如权利要求1所述的用于连接多条交流线路的多端口换流装置，其特征在于，其中所述的全桥模块化多电平换流器，包括三个上换流桥臂201、三个下换流桥臂202、两组三台滤波电抗器203；所述的三个上换流桥臂的三个负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器LA1、LB1和LC1的一端，三个下换流桥臂正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器LA2、LB2和LC2的一端，第一组三台滤波电抗器LA1、LB1、LC1的另一端分别与第二组三台滤波电抗器LA2、LB2和LC2的另一端连接后作为模块化多电平换流器的工频交流三相线端A、B、C；所述的三个上换流桥臂的正极端连接到一起构成模块化多电平换流器的一个高频交流线端HF1；所述的三个下换流桥臂的负极端连接到一起构成模块化多电平...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋强，曾嵘，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11