一种应用于高低阀换流站的换流阀嵌套式制造技术

本发明专利技术提供了一种应用于高低阀换流站的换流阀嵌套式模块化多电平换流器

【技术实现步骤摘要】
一种应用于高低阀换流站的换流阀嵌套式MMC拓扑


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种应用于高低阀换流站的换流阀嵌套式
MMC
拓扑
。

技术介绍

[0002]柔性直流输电技术具备有功无功独立控制能力，是大规模新能源并网的重要技术手段，模块化多电平换流器
(modular multilevel converter,MMC)
在柔性直流工程中发挥重要作用
。
[0003]柔性直流输电所采用的电压源换流器普遍具有低惯量
、
低阻尼特性，直流线路发生短路故障后，几毫秒内故障电流就会达到器件过流能力上限，然而，直流断路器的工程实践还不成熟，柔性直流输电工程中依然存在直流保护难题
。
昆柳龙工程中采用半桥子模块
(half bridge sub
‑
module,HBSM)
和全桥子模块
(full bridge sub
‑
module,FBSM)
混合型柔直换流阀，其中
FBSM
比例为
70
％，通过
FBSM
将换流站电压降至零电压附近，清除直流故障电流，但高比例的
FBSM
大大增加了电力电子器件数量与运行损耗，其经济性有所下降
。
因此，具备故障自清除能力同时具备经济性的换流站拓扑成为亟需研究的重点
。
[0004]目前对于换流站直流故障穿越的研究主要通过在换流器中配置一定数量具备故障阻断能力的子模块，侧重于降低输出单位负电平所需电力电子器件数量，实现抑制故障电流的目的，对于具有负电平输出能力的阀段层面的研究还存在空白
。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术中混合式
MMC
稳态损耗大且经济性差的问题，本专利技术提供一种应用于高低阀换流站的换流阀嵌套式
MMC
拓扑及其控制方法，高低阀换流站包含高阀
MMC
与低阀
MMC
，高阀
MMC
采用换流阀嵌套式
MMC
拓扑
。
换流阀嵌套式
MMC
包含半桥型
MMC、
通流支路
、
暂态阻流支路和能量转移支路
。
半桥型
MMC
用于实现换流站整流逆变功能，其控制方式与传统半桥
MMC
相同；通流支路，用于在系统稳态时实现稳态电流的导通，高低阀
MMC
按照半桥型
MMC
状态运行，整体换流站对外输出正电压，通态损耗小；暂态阻流支路，用于在直流故障时实现高阀
MMC
电压翻转，对外输出负电压，整体换流站输出电压为0，实现故障穿越；能量转移支路，用于在嵌套桥臂切换时吸收半桥型
MMC
的桥臂电感上的能量
。
半桥型
MMC
嵌套于通流支路与暂态阻流支路构成的嵌套桥臂中，通过嵌套桥臂的切换操作，可以控制高阀
MMC
直流电压的翻转
。
本专利技术提供的换流阀嵌套式
MMC
的控制方法，分为换流站所在的线路正常运行和直流故障后进行故障清除两种情况对换流阀嵌套式
MMC
实现控制
。
逻辑简单，可靠性高，能够实现无闭锁直流故障穿越，节约成本，降低稳态损耗
。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0007]一方面，本专利技术提供一种应用于高低阀换流站的换流阀嵌套式
MMC
，包括：
[0008]高低阀换流站包含高阀
MMC
与低阀
MMC
，高阀
MMC
采用换流阀嵌套式
MMC
拓扑
。
[0009]换流阀嵌套式
MMC
包含半桥型
MMC、
通流支路
、
暂态阻流支路和能量转移支路
。
[0010]半桥型
MMC
用于实现换流站整流逆变功能，其控制方式与传统半桥
MMC
相同
。
[0011]通流支路，用于在系统稳态时实现稳态电流的导通，高低阀
MMC
按照半桥型
MMC
状态运行，整体换流站对外输出正电压，通态损耗小
。
[0012]暂态阻流支路，用于在直流故障时实现高阀
MMC
电压翻转，对外输出负电压，整体换流站输出电压为0，实现故障穿越
。
[0013]能量转移支路，用于在嵌套桥臂切换时吸收半桥型
MMC
的桥臂电感上的能量
。
[0014]所述两组通流支路和暂态阻流支路分别串联于公共点
a
和
b
，形成嵌套桥臂
。
[0015]所述半桥型
MMC
嵌套于两组通流支路和暂态阻流支路形成的嵌套桥臂中，形成公共点
p
和
n
；
[0016]所述能量转移支路分别并联于半桥型
MMC
内三相桥臂电感上，形成公共点
c
和
d。
[0017]所述高阀
MMC
内三个相单元分别与交流侧
A
，
B
，
C
三相连接
。
[0018]所述通流支路包括超快速机械开关
UFD
和
IGBT
模块
。
[0019]所述
IGBT
模块包括
IGBT、
与
IGBT
同向串联的两个二极管，和与
IGBT
反并联的两个二极管，
IGBT
与四个二极管构成
H
桥结构；
[0020]所述暂态阻流支路由多支同向串联晶闸管反并联多支二极管构成；
[0021]所述能量转移支路由单个避雷器
、
多支
IGBT
和多支二极管组成，避雷器
、
二极管串联支路和
IGBT
串联支路反并联后与一个和
IGBT
同向的二极管串联；
[0022]另一方面，换流站所在线路正常运行时，本专利技术提供了一种换流阀嵌套式
MMC
的控制方法，包括：
[0023]换流阀嵌套式
MMC
中，通流支路上
IGBT
均导通，稳态电流经通流支路流经半桥型
MMC
，高低阀
MMC
分别输出额定直流电压
U
dc
，换流站整体输出直流电压
2U本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应用于高低阀换流站的换流阀嵌套式
MMC
拓扑，其特征在于，包括：所述高低阀换流站由高阀
MMC
与低阀
MMC
串联构成，高阀
MMC
采用换流阀嵌套式
MMC
拓扑，低阀
MMC
采用半桥型
MMC
拓扑；所述换流阀嵌套式
MMC
拓扑由半桥型
MMC、
通流支路
、
暂态阻流支路和能量转移支路构成；所述半桥型
MMC
由不具备负电平输出能力的半桥子模块构成；所述换流阀嵌套式
MMC
拓扑中，两组通流支路和暂态阻流支路分别串联于公共点
a
和
b
，形成嵌套桥臂1‑4，公共点
a
，
b
分别构成高阀
MMC
正负极直流出线端口；换流阀嵌套式
MMC
拓扑中，半桥型
MMC
嵌套于两组通流支路和暂态阻流支路形成的嵌套桥臂中，形成公共点
p
和
n
；所述换流阀嵌套式
MMC
中半桥型
MMC
内部三个相单元的桥臂电感分别与能量转移支路并联，形成公共点
c、d
；半桥型
MMC
中半桥子模块包括
IGBT、
与
IGBT
反并联的二极管和电容，其调制方式和传统半桥型
MMC
相同，用于实现换流站的整流和逆变；通流支路，由超快速机械开关
(ultra
‑
fast disconnector,UFD)
和
IGBT
模块串联组成，
IGBT
模块由
IGBT
串联同向二极管后反并联二极管构成，反并联的两个二极管与同向串联的两个二极管构成
H
桥结构
。
用于系统稳态时向直流线路输送稳态电流，高阀
MMC
输出正电压，换流站整体输出电压为正，减小系统运行损耗；暂态阻流...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵西贝，张紫如，付丰豪，贾秀芳，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：