电压源型换流器、混合直流输电系统及其启动方法技术方案

本发明专利技术公开一种电压源型换流器、混合直流输电系统及其启动方法。该电压源型换流器中功率子模块包括：第一端，第二端，第一、第二、第三全控型电力电子器件，电容和三个二极管；第一全控型电力电子器件的发射极与第二全控型电力电子器件的集电极连接，第一全控型电力电子器件的发射极与第二全控型电力电子器件的集电极均与第三全控型电力电子器件的集电极连接；电容并联在第一全控型电力电子器件的集电极与第二全控型电力电子器件的发射极之间；第二全控型电力电子器件的发射极与第二端连接；第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件、第三全控型电力电子器件均反并联一个二极管。

Voltage source converter, Hybrid DC transmission system and its starting method

The invention discloses a voltage source type converter, a hybrid direct current transmission system and a starting method. The voltage source converter for power sub module includes a first end, a second end, the first and the second, third controlled power electronic devices, capacitor and three diodes; the collector of full controlled power electronic devices with emitter second full controlled power electronic devices connected to the collector of full control type the power electronic device emitter and second full controlled power electronic devices and third controlled power electronic devices connected in parallel between the collector and collector capacitance; the first second full controlled power electronic devices full controlled power electronic devices of the emitter; second full controlled power electronic devices with emitter connected to the second end; the first full controlled power electronic devices, second full controlled power electronic devices, third controlled power electronic devices are anti parallel with a diode.

【技术实现步骤摘要】
电压源型换流器、混合直流输电系统及其启动方法
本专利技术涉及直流输电
，尤其涉及一种电压源型换流器、混合直流输电系统及其启动方法。
技术介绍
目前，直流输电技术因具有较小的损耗、较易的调节性能和控制性能而得到广泛的应用，采用直流输电技术时，通常需要利用换流器将交流电转换为直流电进行输送，同时需要利用换流器将直流电转换为交流电，以便使用。现有技术中，换流器通常包括基于晶闸管的电网换相换流器(LineCommutatedConverter，LCC)和基于全控型电力电子器件的电压源型换流器(VoltageSourceConverter，VSC)，其中，采用电网换相换流器的高压直流输电技术(High-voltageDirectCurrent，HVDC)具有输送容量大、成本低等优点，但逆变侧的电网换相换流器通常容易受到交流电网的影响而造成换相失败；采用电压源型换流器的高压直流输电技术具有功率调节灵活、可向交流弱电网甚至无源电网进行供电等优点，但电压源型换流器的高压直流输电技术存在造价高、损耗相对较大等缺点。鉴于上述原因，结合了电网换相换流器的高压直流输电技术和电压源型换流器的高压直流输电技术两种技术的优点的混合直流输电技术应用而生，受到广泛的关注。采用混合直流输电技术的混合直流输电系统同时包括电网换相换流器和电压源型换流器，在现有技术中，电压源型换流器中的功率子模块通常分为如下三种：半桥子模块、半桥子模块与直流线路串联二极管结合的模块以及全桥子模块，其中，电压源型换流器中的功率子模块为半桥子模块时，混合直流输电系统通常无法实现直流故障的自清除；电压源型换流器中的功率子模块为半桥子模块与直流线路串联二极管结合的模块时，混合直流输电系统通常无法实现功率反送；电压源型换流器中的功率子模块为全桥子模块时，混合直流输电系统通常损耗较大、输电容量较小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电压源型换流器、混合直流输电系统及其启动方法，用于使混合直流输电系统具有直流故障自清除的能力、增强混合直流输电系统的功率传输方式的灵活性、降低混合直流输电系统的损耗、增加混合直流输电系统的输电容量。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种电压源型换流器，所述电压源型换流器包括多个功率子模块，所述功率子模块包括第一端、第二端、第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件、第三全控型电力电子器件、电容和二极管，其中，所述第一全控型电力电子器件的栅极、所述第二全控型电力电子器件的栅极、所述第三全控型电力电子器件的栅极分别与控制回路连接；所述第一全控型电力电子器件的发射极与所述第二全控型电力电子器件的集电极连接，且所述第一全控型电力电子器件的发射极与所述第二全控型电力电子器件的集电极均与所述第三全控型电力电子器件的集电极连接；所述第一全控型电力电子器件的集电极与所述电容的正极连接；所述第二全控型电力电子器件的发射极与所述电容的负极连接；所述第三全控型电力电子器件的发射极与所述第一端连接；所述第二全控型电力电子器件的发射极与所述第二端连接；所述二极管的数量为三个，所述第一全控型电力电子器件的集电极和发射极之间、所述第二全控型电力电子器件的集电极和发射极之间、所述第三全控型电力电子器件的集电极和发射极之间均反并联一个所述二极管。优选地，所述第一全控型电力电子器件、所述第二全控型电力电子器件和所述第三全控型电力电子器件均为绝缘栅双极晶体管。优选地，所述第一全控型电力电子器件、所述第二全控型电力电子器件和所述第三全控型电力电子器件均为PNP型晶体管或NPN型晶体管。优选地，所述控制回路的供电电源分别与所述电容的正极和负极连接。优选地，所述控制回路的供电电源与连接对应的所述电压源型换流器的交流电网连接。第二方面，本专利技术提供一种混合直流输电系统，所述混合直流输电系统包括电网换相换流器和如上述技术方案所述的电压源型换流器，所述电网换相换流器和所述电压源型换流器分别与所述混合直流输电系统的直流线路连接。第三方面，本专利技术提供一种混合直流输电系统的启动方法，控制回路的供电电源分别与电容的正极和负极连接时，所述混合直流输电系统的启动方法包括：使电网换相换流器解锁，电网换相换流器建立直流电压；直流电压经直流线路传输至电压源型换流器的功率子模块，并给所述功率子模块的电容充电；当所述功率子模块的电容的电压达到控制回路的供电电源的工作电压时，所述控制回路工作，所述控制回路控制所述功率子模块的第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件和第三全控型电力电子器件的导通和关断，对所述电容进行可控充电，使所述电容的电压达到所述电容的额定电压，所述电压源型换流器解锁，所述混合直流输电系统启动。第四方面，本专利技术提供一种混合直流输电系统的启动方法，控制回路的供电电源与连接对应的电压源型换流器的交流电网连接，所述混合直流输电系统的启动方法包括：使电网换相换流器解锁，电网换相换流器建立直流电压；直流电压经直流线路传输至电压源型换流器的功率子模块，所述控制回路控制所述功率子模块的第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件和第三全控型电力电子器件的导通和关断，对所述电容进行可控充电，使所述电容的电压达到所述电容的额定电压，所述电压源型换流器解锁，所述混合直流输电系统启动；或者，所述电压源型换流器的功率子模块利用与该电压源型换流器连接的交流电网，对所述功率子模块的电容进行不控充电；当不控充电完成后，所述控制回路控制所述功率子模块的第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件和第三全控型电力电子器件的导通和关断，所述电压源型换流器通过定直流电压控制方式对所述电容进行可控充电；当所述电容的电压达到所述电容的额定电压时，所述电网换相换流器解锁，所述混合直流输电系统启动。当将本专利技术提供的电压源型换流器应用于混合直流输电系统中时，当混合直流输电系统中的直流线路出现故障时，即混合直流输电系统出现直流故障时，通过控制回路控制第一全控型电力电子器件的导通与关断、第二全控型电力电子器件的导通与关断、及第三全控型电力电子器件的导通与关断，使功率子模块处于闭锁状态，以将直流线路与交流电网隔离，防止电压源型换流器连接的交流电网继续向直流线路输送电能。因此，与现有技术中电压源型换流器中的功率子模块采用半桥子模块相比，可以实现直流故障的自清除。在本专利技术提供的电压源型换流器中，功率子模块仅包括三个全控型电力电子器件，与现有技术中电压源型换流器中的功率子模块采用全桥子模块相比，减少了功率子模块中全控型电力电子器件的使用数量，因而降低每个功率子模块的能耗，进而降低了电压源型换流器的损耗，进而降低混合直流输电系统的损耗，同时，在投入相同数量的功率子模块时，与现有技术中电压源型换流器中的功率子模块采用全桥子模块相比，增加了混合直流输电系统的输电容量。在本专利技术提供的电压源型换流器中，功率子模块包括第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件、第三全控型电力电子器件、三个电容，通过控制回路对第一全控型电力电子器件的导通与关断、第二全控型电力电子器件的导通与关断、及第三全控型电力电子器件的导通与关断，实现电压源型换流器的功率正送功能和功率反送功能，同时，通过对电压源型换流器中多个功率子模块进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源型换流器，其特征在于，所述电压源型换流器包括多个功率子模块，所述功率子模块包括第一端、第二端、第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件、第三全控型电力电子器件、电容和二极管，其中，所述第一全控型电力电子器件的栅极、所述第二全控型电力电子器件的栅极、所述第三全控型电力电子器件的栅极分别与控制回路连接；所述第一全控型电力电子器件的发射极与所述第二全控型电力电子器件的集电极连接，且所述第一全控型电力电子器件的发射极与所述第二全控型电力电子器件的集电极均与所述第三全控型电力电子器件的集电极连接；所述第一全控型电力电子器件的集电极与所述电容的正极连接；所述第二全控型电力电子器件的发射极与所述电容的负极连接；所述第三全控型电力电子器件的发射极与所述第一端连接；所述第二全控型电力电子器件的发射极与所述第二端连接；所述二极管的数量为三个，所述第一全控型电力电子器件的集电极和发射极之间、所述第二全控型电力电子器件的集电极和发射极之间、所述第三全控型电力电子器件的集电极和发射极之间均反并联一个所述二极管。

【技术特征摘要】
1.一种电压源型换流器，其特征在于，所述电压源型换流器包括多个功率子模块，所述功率子模块包括第一端、第二端、第一全控型电力电子器件、第二全控型电力电子器件、第三全控型电力电子器件、电容和二极管，其中，所述第一全控型电力电子器件的栅极、所述第二全控型电力电子器件的栅极、所述第三全控型电力电子器件的栅极分别与控制回路连接；所述第一全控型电力电子器件的发射极与所述第二全控型电力电子器件的集电极连接，且所述第一全控型电力电子器件的发射极与所述第二全控型电力电子器件的集电极均与所述第三全控型电力电子器件的集电极连接；所述第一全控型电力电子器件的集电极与所述电容的正极连接；所述第二全控型电力电子器件的发射极与所述电容的负极连接；所述第三全控型电力电子器件的发射极与所述第一端连接；所述第二全控型电力电子器件的发射极与所述第二端连接；所述二极管的数量为三个，所述第一全控型电力电子器件的集电极和发射极之间、所述第二全控型电力电子器件的集电极和发射极之间、所述第三全控型电力电子器件的集电极和发射极之间均反并联一个所述二极管。2.根据权利要求1所述的电压源型换流器，其特征在于，所述第一全控型电力电子器件、所述第二全控型电力电子器件和所述第三全控型电力电子器件均为绝缘栅双极晶体管。3.根据权利要求1所述的电压源型换流器，其特征在于，所述第一全控型电力电子器件、所述第二全控型电力电子器件和所述第三全控型电力电子器件均为PNP型晶体管或NPN型晶体管。4.根据权利要求1所述的电压源型换流器，其特征在于，所述控制回路的供电电源分别与所述电容的正极和负极连接。5.根据权利要求1所述的电压源型换流器，其特征在于，所述控制回路的供电电源与连接对应的所述电压源型换流器的交流电网连接。6.一种混合直流输电系统，其特征在于，所述混合直流输电系统包括电网换相换流器和如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄润鸿，朱喆，许树楷，李岩，邹常跃，周月宾，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44