一种模块化多电平换流器及换流站制造技术

本实用新型专利技术公开了一种模块化多电平换流器及换流站，所述模块化多电平换流器包括三相桥臂，每相桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂设置有多个级联的换流器子模块，所述换流器子模块包括第一全控型开关模块、第二全控型开关模块、缓冲电路和第一电容，其中，所述第一全控型开关模块和第二全控型开关模块串联形成开关支路；所述开关支路、缓冲电路和第一电容相互并联；所述第一全控型开关模块和第二全控型开关模块均包括IGCT器件及与其反并联的第一二极管。换流器中设有IGCT器件，实现了将换流器和负荷开关集成于一个换流站中，减小了换流站的体积和成本，实现换流站高度集成化，使得换流站可靠性高，且能广泛的应用到柔性直流输电系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平换流器及换流站
本技术属于电力输电领域，特别涉及一种模块化多电平换流器及换流站。
技术介绍
柔性直流输电已经成为目前最有潜质的新型电力传输方式，并且已经在大容量输电系统中得到了应用。模块化多电平换流器是目前最为主流的拓扑结构。现已投运的柔性直流输电工程多是采用基于IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)的模块化多电平换流器，但是在直流故障清除方面有很大的实现困难，往往在直流短路故障发生时会产生极大的直流短路故障电流，为此需要分断直流短路故障电流，需要极大分断电流能力的直流断路器，此类直流断路器的造价高且体积非常巨大。因此，如图1所示，换流站采用的是基于IGBT的模块化多电平换流器，且将换流器和断路器分别置于两个独立的换流站中。从而如何提供一种模块化多电平换流器以及能够实现换流站集成换流和开关一体化的功能越来越成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提供一种模块化多电平换流器及换流站，提高换流器的可靠性以及实现了换流站集成换流和开关一体化的功能。本技术的目的在于提供一种模块化多电平换流器，包括三相桥臂，每相桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂设置有多个级联的换流器子模块，所述换流器子模块包括第一全控型开关模块、第二全控型开关模块、缓冲电路和第一电容，其中，所述第一全控型开关模块和第二全控型开关模块串联形成开关支路；所述开关支路、缓冲电路和第一电容相互并联；所述第一全控型开关模块和第二全控型开关模块均包括IGCT器件及与其反并联的第一二极管。进一步地，所述第二全控型开关模块并联在所述换流器子模块的输出端。进一步地，所述换流器子模块中第一全控型开关模块中的IGCT器件的阴极与第二全控型开关模块中的IGCT器件的阳极连接。进一步地，所述缓冲电路包括第一电感、第一电阻、第二二极管和第二电容，其中，所述第一电感的第一端与分别与所述第一电容的第一端和第一电阻的第一端连接，其第二端分别与第一全控型开关模块和第二二极管的正极连接；第二二极管的负极分别与第一电阻的第二端和第二电容的第一端连接；第二电容的第二端分别与第二全控型开关模块和第一电容的第二端连接。本技术的另一目的在于提供一种换流站，包括上述所述的模块化多电平换流器、负荷开关和第一电抗器，其中，所述模块化多电平换流器与所述负荷开关的一端连接；所述负荷开关的另一端与所述第一电抗器的一端连接。进一步地，所述模块化多电平换流器还包括直流侧和交流侧，其中，所述模块化多电平换流器的直流侧正极通过依次连接负荷开关和第一电抗器后与直流线路连接；所述模块化多电平换流器的交流侧与交流电网连接。进一步地，模块化多电平换流器中所有第一全控型开关模块和第二全控型开关模块中的IGCT器件，用于在直流线路发生短路故障时，通过控制第一全控型开关模块中的IGCT器件闭锁，第二全控型开关模块的IGCT器件导通，令交流电网处于三相短路状态以及直流线路的直流端口电势为零，最终令故障电流停止上升。进一步地，所述第一电抗器为平波电抗器。进一步地，所述负荷开关为额定负荷开关，用于在直流线路的故障电流达到负荷开关的额定电流值时，进行分闸切断故障电流。进一步地，所述额定负荷开关为机械式负荷开关、电子式负荷开关或混合式负荷开关。本技术中的所述模块化多电平换流器中的第一全控型开关模块和第二全控型开关模块均采用了IGCT器件，相比于IGBT，由于IGCT具有非常高的浪涌电流承受能力、通态电流能力、正向阻断电压能力以及可靠性，并且还具有非常低的通态压降，从而使得模块化多电平换流器具有电流大、阻断电压高、可靠性高、结构紧凑以及低导通损耗等优点。进一步，换流站能够将模块化多电平换流器和负荷开关集成于一个站中，大幅减小了换流站整体的体积和成本，实现了高度集成化和很高的经济性，可以在未来的柔性直流输电系统中得到广泛的应用。此外，由于通过控制第一全控型开关模块中的IGCT器件闭锁，第二全控型开关模块的IGCT器件导通，能够有效地令故障电流停止上升，从而负荷开关仅需要分断额定电流大小的直流电流，从而也大幅减小了负荷开关所需的体积、用量和成本。且换流站中只需要平波电抗器，平波电抗器电感值小，不需要考虑限流功能。本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了现有技术中的一种换流站和断路器的结构示意图；图2示出了本技术实施例中的一种模块化多电平换流器的结构示意图；图3示出了本技术实施例中的一种换流站的结构示意图；图4示出了本技术实施例中的换流站中UMMC、UDC和iDC在控制过程中的变化曲线图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图2所示，本技术实施例中介绍了一种模块化多电平换流器，包括三相桥臂，每相桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂设置有多个级联换流器子模块，其中，每相桥臂的上桥臂中的换流器子模块分别为n个，在图2中分别为：SMap1、SMap2……SMapn，SMbp1、SMbp2……SMbpn，SMcp1、SMcp2……SMcpn。每相桥臂的下桥臂中的换流器子模块分别为n个，在图2中分别为：SMan1、SMan2……SMann，SMbn1、SMbn2……SMbpnn，SMcn1、SMcn2……SMcnn。进一步，所述换流器子模块包括第一全控型开关模块、第二全控型开关模块、缓冲电路和第一电容。所述第一全控型开关模块包括IGCT(integratedGateCommutatedThyristors：集成门极换流晶闸管)器件Sxi1及与其反并联的第一二极管Dxi1；所述第二全控型开关模块包括IGCT器件Sxi2及与其反并联的第一二极管Dxi2；且所述第一全控型开关模块和第二全控型开关模块串联形成开关支路；所述开关支路、缓冲电路和第一电容Cxi相互并联。进一步，所述第一全控型开关模块和第二全控型开关模块串联时，所述I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平换流器，包括三相桥臂，每相桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂设置有多个级联的换流器子模块，其特征在于，所述换流器子模块包括第一全控型开关模块、第二全控型开关模块、缓冲电路和第一电容，其中，/n所述第一全控型开关模块和第二全控型开关模块串联形成开关支路；/n所述开关支路、缓冲电路和第一电容相互并联；/n所述第一全控型开关模块和第二全控型开关模块均包括IGCT器件及与其反并联的第一二极管。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器，包括三相桥臂，每相桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂设置有多个级联的换流器子模块，其特征在于，所述换流器子模块包括第一全控型开关模块、第二全控型开关模块、缓冲电路和第一电容，其中，
所述第一全控型开关模块和第二全控型开关模块串联形成开关支路；
所述开关支路、缓冲电路和第一电容相互并联；
所述第一全控型开关模块和第二全控型开关模块均包括IGCT器件及与其反并联的第一二极管。


2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器，其特征在于，所述第二全控型开关模块并联在所述换流器子模块的输出端。


3.根据权利要求2所述的模块化多电平换流器，其特征在于，所述换流器子模块中第一全控型开关模块中的IGCT器件的阴极与第二全控型开关模块中的IGCT器件的阳极连接。


4.根据权利要求1-3任一所述的模块化多电平换流器，其特征在于，所述缓冲电路包括第一电感、第一电阻、第二二极管和第二电容，其中，
所述第一电感的第一端与分别与所述第一电容的第一端和第一电阻的第一端连接，其第二端分别与第一全控型开关模块和第二二极管的正极连接；
第二二极管的负极分别与第一电阻的第二端和第二电容的第一端连接；
第二电容的第二端分别与第二全控型开关模块和第一电容的第二端连接。


5.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾嵘，郭明珠，赵彪，唐博进，许超群，翟冬玲，余占清，宋强，屈鲁，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，清华大学，
类型：新型
国别省市：北京;11