[发明专利]一种集成耗能电路功能的换流器

说明书

本发明公开了一种集成耗能电路功能的换流器，所述换流器包含由至少2个子模块串联而成的单相桥臂，每个子模块包含一个耗能电路，所述耗能电路由耗能电阻和第一功率器件及其反并联二极管组成。本发明所述的集成耗能电路功能的换流器无需单独设置独立的耗能电路阀塔，具有结构紧凑占地小、成本低、故障穿越能力强等优点。

技术领域

本发明涉及一种中、高直流输电领域的集成耗能电路功能的换流器，用于实现短时系统富余能量的耗散，提升系统的故障穿越能力。

背景技术

随着世界人口的不断增加，气候的持续变暖，急需能够替代煤、石油、天然气等传统能源的可再生能源。从20世纪后，可再生能源如风能、太阳能、潮汐能等开始进入各个政府的规划议程之中，中国规划到2020年，可再生能源占总能源供应的15％，到2050年，可再生能源占总能源的1/3。截止目前为止，欧盟成员国中可再生能源占总能源比重为16.7％，我国可再生能源占能源比重为10.1％，十三五期间实现达到15％。

世界各国对风电并网提出了故障穿越能力，即交流主网在一定时间内发生一定程度的故障扰动时，要求系统能够穿越该故障而不至脱网，当故障消除后能够迅速恢正常运行状态。特别的对于利用VSC-HVDC并网的海上风电场，中、高直流输电系统是其唯一负载，当岸端交流电网故障而使得VSC-HVDC无法将海上风电输送至岸端交流电网时，富余功率会不断对电容充电，换流器闭锁，最终导致海上风电系统脱网。为解决上述问题，通常在整流侧增加交流耗能电阻装置或者在直流极线之间增加直流斩波耗散电路。交流耗能电阻装置占地面积大，必须设置在海上换流站平台上，增加了海上平台的负担。直流斩波电路可设置在岸端换流站，是海上风电场基于VSC-HVDC并网的首选方案，目前已有应用的直流斩波电路方案都必须搭建单独阀塔，导致占地及成本的大幅增加。

为了提升中、高直流输电系统的故障穿越能力，本发明提出了一种集成耗能电路功能的柔性直流换流器，该换流器能够运行在常规换流(整流/逆变)模式，还可工作于能量耗散模式以实现系统的故障穿越。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明旨在解决现有技术的缺点，为提升中、高直流输电系统故障穿越能力提供解决方案。

本发明提出一种集成耗能电路功能的换流器，该换流器的单相桥臂由N(N为大于2的偶数)个子模块串联，其中，前述子模块包含耗能模块、功率器件和储能元件组成。耗能模块前后分别与两个功率器件串联，该串联电路与储能元件并联。当第一功率器件关断、第二和第三功率器件均导通时，子模块输出端之间产生零电位差；当第一功率器件导通、第二和第三功率器件均关断时，子模块输出端之间产生储能元件两端的电位差。

耗能模块由耗能电阻与功率器件并联，当子模块工作于换流模式时，第二功率器件导通时，第三功率器件也必须导通，即耗能电阻被旁路，此时子模块呈现常规半桥MMC(模块化多电平换流器)子模块拓扑；子模块工作于耗能模式时，第二功率器件导通，第三功率器件关断，使得电流从耗能电阻上流过。

进一步的，耗能电阻与第三功率器件并联后，所组成的耗能模块与第二功率器件串联后连接在子模块输出端之间，使得耗能电阻上的电压降落始终不超过储能元件的电压降。

进一步的，耗能电阻与第一续流二极管反并联，由于耗能电阻上存在寄生电感，在第三功率器件导通后，耗能电阻上的电流可通过该续流二极管续流。

进一步的，换流器的单相桥臂的N个子模块，可以适当的调节这些子模块处于耗能模式及换流模式的个数，处于两种模式的子模块个数之和固定为N，即可实现投入耗能电阻个数的调节，降低了在直流极线上产生的电压电流变化率，避免了现有实施方案所存在的不足。

进一步的，每个子模块具有旁路开关，当子模块发生故障时触发该旁路开关，将该故障子模块旁路。