[发明专利]一种新型三相串联模块化多电平HVDC换流器有效

专利信息
申请号: 201610256944.4 申请日: 2016-04-22
公开(公告)号: CN105720844B 公开(公告)日: 2018-07-17
发明(设计)人: 孟永庆;白森戈;刘勃;马浩 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: H02M7/217 分类号: H02M7/217
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 徐文权
地址: 710049 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 单相变流器 变压器 串联模块 多电平 换流器 三相交流输入端 直流短路电流 直流输出端
【说明书】:

发明公开了一种新型三相串联模块化多电平HVDC换流器,包括直流输出端、三相交流输入端、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一单相变流器、第二单相变流器及第三单相变流器本发明的成本低,同时能够阻断直流短路电流。

技术领域

本发明属于高电压、大功率电力变换装置拓扑结构及其控制策略领域,涉及一种新型三相串联模块化多电平HVDC换流器。

背景技术

模块化多电平换流器(multilevel modular converter,MMC)是电压源换流器(voltage source converter,VSC)的一种拓扑结构,由Marquardt和Lesnicar于2002年在IEEE Power Tech Conference提出,是高压直流输电技术发展的最新成果。相对于两电平和三电平换流器拓扑结构,MMC拓扑结构有诸多优点:模块化设计,通过调整子模块的串联个数可以实现电压及功率等级的灵活变化;开关频率低,损耗下降;输出电压波形非常平滑且接近理想正弦波形,谐波含量少,在网侧不需要大容量交流滤波器;故障穿越能力强等。基于上述特点,将MMC应用于直流输电可以显著提高直流输电系统的可靠性和适应性。但是,为了输出同样电压等级的直流电压,使用半桥或全桥的MMC系统需要使用的开关器件数是传统两电平VSC拓扑的两倍或四倍,故成本太高是目前MMC系统的一个主要缺点。同时,直流侧短路故障也是目前MMC所面对的主要问题。实际工程中采用半桥子模块,当直流侧发生故障时,由于反并联二极管仍能为故障电流提供通路,系统近似发生三相短路,且无法通过闭锁换流器来切断故障电流,严重危害系统的安全稳定运行。且由于直流电流不存在过零点,熄弧困难,高压大容量直流断路器的制造工艺尚不成熟,目前仍处于实验阶段,在工程中鲜有应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种新型三相串联模块化多电平HVDC换流器,该换流器的成本低,同时能够阻断直流短路电流。

为达到上述目的,本发明所述的新型三相串联模块化多电平HVDC换流器包括直流输出端、三相交流输入端、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一单相变流器、第二单相变流器及第三单相变流器,其中,三相交流输入端的三个输出端分别与第一变压器中初级线圈的一端、第二变压器中初级线圈的一端及第三变压器中初级线圈的一端相连接,第一变压器中初级线圈的另一端、第二变压器中初级线圈的另一端及第三变压器中初级线圈的另一端相连接,第一变压器中次级线圈的一端、第二变压器中次级线圈的一端及第三变压器中次级线圈的一端分别与第一单相变流器中的第一辅助桥臂、第二单相变流器中的第一辅助桥臂及第三单相变流器中的第一辅助桥臂相连接;

第一单相变流器中的第二辅助桥臂与直流输出端的正极相连接,第一单相变流器中的主桥臂与第一变压器中次级线圈的另一端及第二单相变流器中的第二辅助桥臂相连接,第二单相变流器中的主桥臂与第二变压器中次级线圈的另一端及第三单相变流器中的第三辅助桥臂相连接,第三单相变流器中的主桥臂与第三变压器中次级线圈的另一端及直流输出端的负极相连接;

第一单相变流器中的第二辅助桥臂、第二单相变流器中的第二辅助桥臂及第三单相变流器中的第二辅助桥臂均由n/2个全桥子模块、第一电感及第一电阻依次串联而成,n为大于等于2的偶数。

第一变压器的次级线圈、第一单相变流器中的第一辅助桥臂及主桥臂组成第一交流侧回路,第二变压器的次级线圈、第二单相变流器中的第一辅助桥臂及主桥臂组成第二交流侧回路,第三变压器的次级线圈、第三单相变流器中的第一辅助桥臂及主桥臂组成第三交流侧回路,其中第一交流侧回路的内环电流、第二交流侧回路的内环电流及第三交流侧回路的内环电流均采用交流侧有功、无功电流前馈解耦控制方法进行控制,第一交流侧回路中的主桥臂、第二交流侧回路中的主桥臂及第三交流侧回路中的主桥臂均采用定有功功率及定交流电压控制方法进行控制,第一交流侧回路中的第一辅助桥臂、第二交流侧回路中的第一辅助桥臂及第三交流侧回路中的第一辅助桥臂均采用电流定向的定直流电压控制方法进行控制。

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