一种基于MMC拓扑结构的直流融冰装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于MMC拓扑结构的直流融冰装置，包括两级三相桥式换流单元，三相桥式换流单元每一相的上桥臂和下桥臂中均串设有功率模块阀组；每级三相桥式换流单元的交流侧用于连接一台变压器，第一级三相桥式换流单元的直流侧负极与第二级三相桥式换流单元的直流侧正极之间串设有串联开关，两级三相桥式换流单元的正极之间串设有正极并联开关，两级三相桥式换流单元的负极之间串设有负极并联开关。本发明专利技术的两级三相桥式换流单元通过开关实现串并联使用，可以满足多种电压等级不同线路的融冰需求，适用性较强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MMC拓扑结构的直流融冰装置
本专利技术涉及一种基于MMC拓扑结构的直流融冰装置，属于直流输电

技术介绍
目前，直流线路融冰主要采用晶闸管和二极管式结构，二极管式结构简单，但不可控，且仅在覆冰季节使用，使用周期长；晶闸管式结构较为成熟，且在非融冰季节可以作为无功补偿装置应用于直流输电系统中，提高了装置的使用率，但作为电流源型直流融冰技术及装置时换相失败问题较为突出。近年来，以全控型器件IGBT为基础的电压源换流器型高压直流输电迅速发展，具有控制灵活、可以供电无源网络等优势。基于子模块单元的模块化多电平换流器在柔性直流输电系统中具有很大优势，并得到广泛研究。公布号为CN105245119A的中国专利文件公开了一种基于混合型模块化多电平变换器的直流融冰装置，该融冰装置以三相混合型模块化多电平变换器为主电路，每相由级联半桥型子模块和全桥型子模块混合而成。该融冰装置具有节省电能、实现从零到最大值之间连续可调的优点，但是，由于受国内外IGBT技术限制，例如目前IGBT模块最大电流为3600A时，电压最大只有1700V；IGBT模块最大电压为6500V时，电流最大只有750A，该融冰装置最大输出电流有限，并且串联的子模块个数多，成本较高，不能满足多种电压等级不同线路的融冰需求，适应性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于MMC拓扑结构的直流融冰装置，用于解决现有的融冰装置不能满足多种电压等级不同线路的融冰需求这一技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术而提供了一种基于MMC拓扑结构的直流融冰装置，包括两级三相桥式换流单元，所述三相桥式换流单元每一相的上桥臂和下桥臂中均串设有功率模块阀组；每级三相桥式换流单元的交流侧用于连接一台变压器，第一级三相桥式换流单元的直流侧负极与第二级三相桥式换流单元的直流侧正极之间串设有串联开关，两级三相桥式换流单元的正极之间串设有正极并联开关，两级三相桥式换流单元的负极之间串设有负极并联开关。进一步的，所述三相桥式换流单元每一相的上桥臂和下桥臂中均串设有电抗器。进一步的，所述功率模块阀组包括至少两个串联连接的半桥型子模块、全桥型子模块或者半桥子模块和全桥子模块的混合结构。进一步的，所述半桥型子模块包括半桥直流支撑电容、半桥均压电阻和两个带反并联二极管的全控型功率开关器件，两全控型功率开关器件同向串联后与所述半桥直流支撑电容和半桥均压电阻并联；所述全桥型子模块包括全桥直流支撑电容、全桥均压电阻和四个带反并联二极管的全控型功率开关器件，所述全控型功率开关器件两两同向串联后均与所述全桥直流支撑电容和全桥均压电阻并联。进一步的，所述半桥型子模块或全桥型子模块的两端还并联有旁路开关。进一步的，所述全控型功率开关器件为IGBT。本专利技术的有益效果是：本专利技术的直流融冰装置包括两级三相桥式换流单元，在作为直流融冰时，根据线路电压等级和计算的线路融冰电流，三相桥式换流单元可以通过串联开关实现串联使用，或者通过并联开关实现并联使用，可以满足多种电压等级不同线路的融冰需求，适用性较强；另外，通过控制串联开关和并联开关的通断，两级三相桥式换流单元还可以作为柔性直流输电或潮流控制器使用，提高了设备利用率。通过控制每相桥臂中半桥型子模块或全桥型子模块两端并联的旁路开关，可以实现输出电压从零到最大值之间的调节，以满足不同线路的融冰需求。附图说明图1是本专利技术基于MMC拓扑结构的直流融冰装置的电路原理图；图2是半桥型子模块的电路原理图；图3是全桥型子模块的电路原理图；图4是压接式IGBT结构。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术基于MMC拓扑结构的直流融冰装置的电路结构图如图1所示，包括两级三相桥式换流单元，三相桥式换流单元每一相包括串联连接的上桥臂和下桥臂，6个桥臂组成一个三相桥式换流单元，该三相桥式换流单元又称为MMC拓扑。其中上桥臂中串设有上桥臂功率模块阀组和上桥臂电抗器，下桥臂中串设有下桥臂功率模块阀组和下桥臂电抗器。三相桥式换流单元每一相的上桥臂和下桥臂的串联端用于连接变压器，三相桥式换流单元每一相的上桥臂的非串联端连接在一起作为正极直流母线(直流侧正极)，每一相的下桥臂的非串联端连接在一起作为负极直流母线(直流侧负极)。第二级三相桥式换流单元的正极直流母线与第一级三相桥式换流单元的负极直流母线之间串设有串联开关KS1，两级三相桥式换流单元的正极直流母线之间串设有正极并联开关KS2，两级三相桥式换流单元的负极直流母线之间串设有负极并联开关KS3。具体的，上桥臂功率模块阀组和下桥臂功率模块阀组均由n个半桥型子模块首尾串联而成，对于上桥臂功率模块阀组，从上到下分别为第1个、第2个、…、第n个半桥型子模块；对于下桥臂功率模块阀组，从下到上分别为第1个、第2个、…、第n个半桥型子模块，其中n为2的整数倍。半桥型子模块的电路原理图如图2所示，包括半桥直流支撑电容C1、半桥均压电阻R1和两个带反并联二极管的IGBT(T1和T2)，T1和T2同向串联后与半桥直流支撑电容C1和半桥均压电阻R1并联，T2的两端分别作为半桥型子模块的两输出端。每个半桥型子模块的最大输出电压为usm，最大输出电流为ism。当T1导通时，该半桥型子模块输出电压为usm，子模块为投入状态；当T2导通时，该半桥型子模块输出电压为0，子模块为切除状态。当然，该半桥型子模块中的IGBT也可以替换为IGCT等其他全控型功率器件，各半桥型子模块的两输出端之间还并联有旁路开关。当两级三相桥式换流单元的6个桥臂均由半桥型子模块构成时，每级三相桥式换流单元的输出最大直流电压均为nusm，输出直流电流分别为idc1和idc2。两级三相桥式换流单元可串可并，当两级三相桥式换流单元串联时，闭合开关KS1，输出总电压最大为2nusm，总电流为idc＝idc1＝idc2；当两级三相桥式换流单元并联时，闭合开关KS2和KS3，输出总电压最大为nusm，总电流为idc＝idc1+idc2。当然，作为其他的实施方式，上述的半桥型子模块也可以替换成全桥型子模块等现有技术中的其他功率子模块，其中全桥型子模块的电路原理图如图3所示，包括全桥直流支撑电容C2、全桥均压电阻R2和四个带反并联二极管的IGBT(T3、T4、T5和T6)，T3和T4同向串联，T5和T6同向串联，然后均与全桥直流支撑电容C2和全桥均压电阻R2并联，T3和T4的串联端以及T5和T6的串联端分别作为全桥型子模块的两输出端。每个全桥型子模块的输出电压的范围为-usm～+usm，输出电流范围为-ism～+ism。同样的，该全桥型子模块中的IGBT也可以替换为IGCT等其他全控型功率器件，全桥型子模块的两输出端之间也并联有旁路开关。另外，每级三相桥式换流单元也可以采用半桥型子模块和全桥型子模块混合的形式，例如，三相桥式换流单元每相的上桥臂为半桥型子模块，每相的下桥臂为全桥型子模块；或者是每相的上桥臂为全桥型子模块，每相的下桥臂为半桥型子模块；或者6个桥臂均为半桥子模块和全桥子模块混合结构，半桥子模块和全桥子模块比例根据实际情况而定。并且，整个直流融冰装置中三相桥式换流单元的级数也不局限于两级，也可以是4级、6级等，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MMC拓扑结构的直流融冰装置，其特征在于，包括两级三相桥式换流单元，所述三相桥式换流单元每一相的上桥臂和下桥臂中均串设有功率模块阀组；每级三相桥式换流单元的交流侧用于连接一台变压器，第一级三相桥式换流单元的直流侧负极与第二级三相桥式换流单元的直流侧正极之间串设有串联开关，两级三相桥式换流单元的正极之间串设有正极并联开关，两级三相桥式换流单元的负极之间串设有负极并联开关。

【技术特征摘要】
1.一种基于MMC拓扑结构的直流融冰装置，其特征在于，包括两级三相桥式换流单元，所述三相桥式换流单元每一相的上桥臂和下桥臂中均串设有功率模块阀组；每级三相桥式换流单元的交流侧用于连接一台变压器，第一级三相桥式换流单元的直流侧负极与第二级三相桥式换流单元的直流侧正极之间串设有串联开关，两级三相桥式换流单元的正极之间串设有正极并联开关，两级三相桥式换流单元的负极之间串设有负极并联开关。2.根据权利要求1所述的基于MMC拓扑结构的直流融冰装置，其特征在于，所述三相桥式换流单元每一相的上桥臂和下桥臂中均串设有电抗器。3.根据权利要求1或2所述的基于MMC拓扑结构的直流融冰装置，其特征在于，所述功率模块阀组包括至少两个串联连接的半桥型子模块、全桥型子模块或者半桥子...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫鑫，范彩云，韩坤，刘堃，何青连，洪波，王晓民，王超，焦中原，毛文喜，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司，许继集团有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41