CN107919806A - 一种基于模块化多电平换流器的降容辅助电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于模块化多电平换流器的降容辅助电路，属于高压、超高压直流输电技术领域。该降容辅助电路由三相对称的电容支路，配合模块化多电平换流器固有的桥臂电抗器共同组成，以起到降低换流器桥臂子模块电容设计容值的作用。该降容辅助电路分别嵌于模块化多电平换流器上（下）臂与直流侧正（负）极母线联接处，正常运行时产生谐振电压改变换流器桥臂电流谐波分量，进而影响各桥臂子模块电容的充放电过程，从而改变各子模块在能量传递过程中的电容电压波形。通过对各电容支路电容容值的调整，可以有效降低传输相同有功功率时子模块电容电压的振荡幅值，从而达到在子模块电容电压的振荡幅值要求相同的前提下降低子模块电容设计容值的作用。

Description

一种基于模块化多电平换流器的降容辅助电路
技术领域
本发明涉及一种基于模块化多电平换流器的降容辅助电路，属于高压、特高压直流输电领域。
背景技术
高压、特高压直流输电由于诸多优点，得到了越来越多的重视，而全控型器件的迅速发展使得以模块化多电平换流器为代表的柔性直流输电得到了更广发的应用和更广阔的发展前景。但是随着直流电压和传输功率的不断提升，除了面临高电平MMC 业已存在的共性理论和技术问题外，桥臂中大量子模块的串联使得子模块电容容值较大的问题愈发突出，现有工程条件下，子模块中电容成本与功率器件成本相近，且电容在子模块中所占的体积约为80%：为了保持电容电压纹波在一定范围内，需要减小电容连续充电或放电的时间，因此需要增加充、放电状态切换的频率，导致功率器件开关频率过高。在当前技术水平下，为了在降低开关频率的同时保持较低的电容电压纹波，只能通过选取较大的电容容值实现，因此电容器的造价和体积也会相应增大。而且随着电平数的增加， MMC 所需的器件数量和子模块电容值将进一步增大。目前降低电容的方法主要为通过二次系统的控制向桥臂电流插入环流，通过改变调整MMC 电容电压波形的形状，使电容电压波动峰值降低并放宽电容电压纹波幅值的限制。这种方法受制于控制过程中调制比与桥臂子模块个数，且控制算法复杂，准确度、调节范围与效果有限。而通过改造一次系统，利用电路元件构造谐振电路向桥臂电流中注入环流改变MMC 电容电压波形的形状，可以更加灵活有效地降低稳态运行过程中子模块电容电压波动峰值，从而实现MMC电容容值的降低。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于模块化多电平换流器的降容辅助电路。
本发明的目的在于克服通过控制的方式在插入桥臂换流过程中受制于调制比与桥臂子模块个数的调节范围与效果的缺点，最大程度上降低稳态运行过程中子模块电容电压波动峰值。
本发明所采用的技术方案是：将六个桥臂的桥臂电抗器组按相同的比例分别拆分成两部分，拆分比例需综合考虑经济因素、绝缘水平等确定。其中一部分保持桥臂电抗器原安装位置，另一部分安装至模块化多电平换流器上（下）桥臂与直流侧正（负）极母线联接处，通过与额外添加的两组电容支路配合，组成完整的降容辅助电路。新增加的电容支路被分别定义为跨桥臂支路和直流母线星型支路，这两组电容支路与被拆分的另一部分桥臂电抗器组通过一定方式电气连接嵌于模块化多电平换流器上（下）臂与直流侧正（负）极母线联接处：对于每相的上（下）桥臂，该部分桥臂电抗器的负（正）联接点为该相上（下）臂串联子模块组的上（下）端，正（负）联接点为直流侧正（负）极母线；跨桥臂电容支路共三条，且完全对称，每条支路均由两组大小相等的电容器组成，分别联接于三相的上（下）臂串联子模块组的上（下）端两两之间；直流母线星型支路共三条，且完全对称，每条支路均由一组电容器组成，对于上（下）桥臂，负（正）联接点为由跨桥臂电容支路中点（即每条跨桥臂电容支路中两组大小相等的电容器中间），正（负）联接点为直流侧正（负）极母线，与另一部分桥臂电抗器组的正（负）联接点相同。两组电容支路中的电容容值将与被拆分的另一部分桥臂电抗器的电抗值配合，根据具体工程设计的需要，产生特定频率、幅值的谐波，从而达到通过一次系统的改造对桥臂电流插入环流，进而达到降低稳态运行过程中子模块电容电压波动峰值的效果，从而降低MMC子模块电容设计容值。
与现有技术相比，本发明具有的优势为：
1、不需要对已有控制进行改变，仅通过改变部分一次系统的电路联接，即可实现桥臂电流环流的注入；
2、不再受限于调制比与桥臂子模块个数，降容效果更加可靠；
3、所添加电路结构简单，在合理的设计范围内，可以降低原有建设投资。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1示出了现有MMC直流输电工程应用的换流器基本电路，该图中各桥臂的桥臂电抗器组表示为L arm；
图2示出了嵌入基于模块化多电平换流器的降容辅助电路的换流器电路结构，相较于图1该结构添加的为点线框内的部分。其中：对于同参数的换流器，各桥臂中L arm1与L arm2之和等于图1中的L arm；L arm1保持L arm原安装位置不变，L arm2移至换流器上（下）桥臂与直流侧正（负）极母线联接处；新添加的电容支路中，跨桥臂支路中两组相同的电容器组容值均为C 1，直流母线星型支路中的电容器组容值为C 2。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
相较于图1示出的现有MMC直流输电工程应用的换流器基本电路的，图2中点线框内的部分为本专利申请的基于模块化多电平换流器的降容辅助电路。
图1中各桥臂的桥臂电抗器L arm将按照一定的比例拆分成图2中的L arm1与L arm2，即L arm1+L arm2= L arm ；拆分比例需综合考虑经济因素、绝缘水平等确定。L arm1保持L arm原安装位置不变；L arm2移至换流器上（下）桥臂与直流侧正（负）极母线联接处：对于每相的上（下）桥臂，L arm2的负（正）联接点为该相上（下）臂串联子模块组的上（下）端，正（负）联接点为直流侧正（负）极母线。
新增加的电容支路被分别定义为跨桥臂支路和直流母线星型支路，如图2所示，这两组电容支路与被拆分的另一部分桥臂电抗器组通过一定的方式电气连接嵌于模块化多电平换流器上（下）桥与直流侧正（负）极母线联接处：
跨桥臂电容支路共三条，且完全对称，每条支路均由两组大小相等的电容器C 1组成，分别联接于三相的上（下）臂串联子模块组的上（下）端两两之间；
直流母线星型支路共三条，且完全对称，每条支路均由一组电容器C 2组成，对于上（下）桥臂，负（正）联接点为由跨桥臂电容支路中点（即每条跨桥臂电容支路中两组C 1中间），正（负）联接点为直流侧正（负）极母线，与L arm2的正（负）联接点相同。
根据具体工程设计的需要，两组电容支路中的C 1、C 2容值将与L arm2的电抗值配合，产生特定频率、幅值的谐波，从而达到通过一次系统的改造，在换流器正常运行过程中对桥臂电流注入环流，进而达到降低稳态运行过程中子模块电容电压波动峰值的效果，从而实现MMC子模块电容设计容值的降低。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于模块化多电平换流器的降容辅助电路，其特征在于：由三相对称的电容支路，配合模块化多电平换流器固有的桥臂电抗器共同组成，以起到降低换流器桥臂子模块电容设计容值的作用；2. 该降容辅助电路分别嵌于模块化多电平换流器上（下）臂与直流侧正（负）极母线联接处，正常运行时通过产生谐振电压源改变换流器桥臂电流谐波分量，进而影响各桥臂子模块电容的充放电过程，从而改变各子模块在能量传递过程中的电容电压波形。
2.根据权利要求1所述的一种基于模块化多电平换流器的降容辅助电路，其特征在于：将六个桥臂原有的桥臂电抗器组按相同的比例分别拆分成两部分，拆分比例需综合考虑经济因素、绝缘水平等确定；4. 其中一部分保持桥臂电抗器原安装位置，另一部分安装至模块化多电平换流器上（下）桥臂与直流侧正（负）极母线联接处，通过与额外添加的两组电容支路配合，组成完整的降容辅助电路。
3.根据权利要求1所述的一种限流式高压直流断路器，其特征在于：新增加的电容支路被分别定义为跨桥臂支路和直流母线星型支路，这两组电容支路与被拆分的另一部分桥臂电抗器组通过一定的方式电气连接嵌于模块化多电平换流器上（下）臂与直流侧正（负）极母线联接。
4.根据权利要求1所述的一种基于模块化多电平换流器的降容辅助电路，其特征在于：跨桥臂电容支路共三条，且完全对称，每条支路均由两组大小相等的电容器组成，分别联接于三相的上（下）臂串联子模块组的上（下）端两两之间。
5.根据权利要求1所述的一种基于模块化多电平换流器的降容辅助电路，其特征在于：直流母线星型支路共三条，且完全对称，每条支路均由一组电容器组成，对于上（下）桥臂，负（正）联接点为由跨桥臂电容支路中点（即每条跨桥臂电容支路中两组大小相等的电容器中间），正（负）联接点为直流侧正（负）极母线，与另一部分桥臂电抗器组的正（负）联接点相同。
6.根据权利要求1所述的一种基于模块化多电平换流器的降容辅助电路，其特征在于：两组电容支路中的电容容值将与被拆分的另一部分桥臂电抗器的电抗值配合，根据具体工程设计的需要，产生特定频率、幅值的谐波，从而达到通过一次系统的改造对桥臂电流插入环流，进而达到降低稳态运行过程中子模块电容电压波动峰值的效果，从而实现MMC子模块电容设计容值的降低。
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