[实用新型]一种多类型换流器并存的柔性直流配电网

说明书

本实用新型公开了一种多类型换流器并存的柔性直流配电网，其包括改进型的模块化多电平换流器ET_MMC、两电平电压源型换流器VSC、直流变压器DCT。通过在半桥型MMC拓扑中增加外部晶闸管并联支路、限流电抗和耗能模块实现直流故障的自清除设计了一种改进的ET‑MMC拓扑，弥补了半桥型MMC不控整流的缺陷。对于VSC和DCT，通过新增通态低损耗支路、换流器侧能量吸收支路和线路能量吸收支路吸收剩余能量。

技术领域

本实用新型属于电力技术领域，尤其涉及一种多类型换流器并存的柔性直流配电网。

背景技术

近年来，分布式能源、直流负荷在电力系统中所占比重不断增大，利用直流电网实现分布式能源的消纳和直流负荷的接入，可节省电力电子换流设备，降低投资成本。实现交、直流转换的换流器技术是柔性直流电网的核心技术之一。其中，两电平电压源型换流器(Two-level Voltage Source Converter，Two-level VSC)以其控制方式简单，经济性好的优点成为初期换流器的首选。

目前柔性直流系统的故障隔离方法主要有三大类：利用交流断路器隔离、利用直流断路器隔离和利用具有故障自清除能力的换流器隔离。其中，利用交流断路器隔离直流故障是目前普遍采用的方法，但由于交流断路器的固有动作时间一般为数十毫秒，即使不考虑故障检测时间和交流断路器断开后故障电流衰减到零的时间，也只能是一种权宜之计。利用直流断路器隔离直流故障是目前最理想的直流故障隔离方式。ABB公司研制出的基于机械开关与IGBT阀组串联结构的混合型直流断路器可实现无弧开断，且故障隔离时间为毫秒级^[6]。但大量的串联IGBT阀组导致其造价高昂，这对电压等级较低的中低压直流配电网来说，并不满足其经济性要求。

针对以上问题及挑战，研究重点在具有直流故障穿越能力的换流器上。其中，全桥子模块(Full-Bridge Sub-Module,FB-SM)和嵌位双子模块(Clamp Double Sub-Module，CD-SM)是典型的具有故障穿越能力的MMC子模块。其原理均可概括为：故障发生后，通过将电容反极性接入电路，使得故障电流向其充电从而衰减到0，实现故障自清除。此外，还有资料提出了多种具有直流故障穿越能力的MMC子模块，包括串联双子模块、二极管钳位型子模块和增强自阻型子模块。但与半桥子模块(Half-Bridge Sub-Module,HB-SM)相比，上述子模块存在开关器件多、开关损耗大、投资成本高的不足，因此部分学者提出了改进型 HB-SM。但是，由于单晶闸管法并未阻断交流电流的馈入，因此不能实现故障穿越。在此基础上，有资料提出了双晶闸管法(Double Thyristor Switch Scheme, DTSS)，直流故障发生后，闭锁IGBT的同时导通双晶闸管旁路，此时由于上下桥臂完全对称，相当于在交流侧发生了三相短路，交流侧电流停止向直流侧馈入，从而实现故障清除。也有不少文献通过改进型直流断路器隔离故障。但交流侧需要承受较大的故障电流，易引起交流侧过流保护的动作。上述改进型 HB-SM方案大都在MMC子模块中并联晶闸管，在子模块数目较多时，并联的晶闸管个数会大幅上升，增加了投资成本。

此外，在含有分布式能源接入的多端柔性直流电网中，换流器种类除了 MMC之外还包括VSC和直流变压器(DCTransformer,DCT)，直流故障发生后，分布式电源也可能通过VSC或DCT向故障点馈入电流，而上述文献均仅对 MMC拓扑进行改进，且多针对两端直流电网，对VSC和DCT的故障穿越研究较少。因此，有必要针对多类型换流器并存的多端环状柔直电网，设计完备的故障隔离方案

实用新型目的

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多类型换流器并存的柔性直流配电网。

实用新型内容

本实用新型提供了一种多类型换流器并存的多端柔性直流配电网，其包括改进型模块化多电平换流器ET-MMC、两电平电压源型换流器VSC、直流变压器DCT；

所述改进型模块化多电平换流器ET-MMC，其电路拓扑包括：