CN108696171A - 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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赵成勇
李帅
樊强
张帆
许建中
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North China Electric Power University
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North China Electric Power University
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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。该降容辅助电路在桥臂电抗上面附加两个全控型开关器件，通过控制全控型开关器件从而控制桥臂电抗的投入和切除，以达到降低换流器每个桥臂子模块电容设计容值的效果。该降容辅助电路分别嵌于模块化多电平换流器每相上（下）臂与交流侧联接处，正常运行时通过改变上下桥臂的电抗值，从而改变桥臂原有能量分布，在不影响总输出功率的情况下缩小每个子模块电容电压的波动范围，从而最终达到在子模块电容电压的振荡幅值设计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
基于电压源换流器的高压直流输电技术特别是模块化多电平换流器在国内被称为柔性直流输电，由于诸多优点，得到了越来越多的重视，应用在高压、特高压直流输电领域。而换流器的诸多优点都是由于电力电子器件的低惯性而具有的。换流器的直流侧电压是通过控制相应的电力电子器件从而投入的子模块电容电压支撑起来的，换流站的体积是由子模块的个数和每一个子模块的体积决定的，子模块中储存能量的电容占80%子模块体积。随着输电电压等级和输送容量越来越高，除了考虑MMC换流站的稳定性等一些共性的问题，由于子模块电容容量的不断增大造成的体积增大，从而使换流站占地增大的问题亦变得非常突出。并且对于子模块来说，电容的造价占到不小的比例。为了保持电容的纹波在一定范围，即降低电容容值，目前降低电容纹波的方法主要是通过二次系统的控制策略向每一个桥臂电流注入入环流，通过改变子模块的充放电过程，调整每一个子模块电容电压波形，从而降低纹波达到降容的目的。这种方法需要非常复杂的控制算法来产生环流，其调节范围、效果与准确度都非常有限。而通过改造MMC换流器拓扑，通过分配上下桥臂的电抗值，改变桥臂原有能量分布，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。
本发明的目的在于改变原有桥臂电流的分布，从而优化子模块电容电压波动范围，达到降低容值的作用。
本发明所采用的技术方案是：每个桥臂电感上面附加降容辅助电路，即将每一个电感并联一条可在双向电流情况下控制电感的投入切除的电力电子器件支路构成，以起到降低换流器桥臂子模块电容设计容值的作用。正常运行时通过分配上下桥臂的电抗值，使得原有上下桥臂电抗分布发生改变，从而改变桥臂原有能量分布，改变每个子模块在能量传递过程中的电容电压波形，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.不需要复杂的控制策略，仅需要略微改一下MMC拓扑，即添加少量器件即可实现电容容值降低。
2.新拓扑简单但效果显著，基本不影响换流器的整体性能，经济性显著。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1示出了一种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，当降容辅助电路的电压应力较小时可采用该拓扑。
图2示出了一种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该结构将电抗器分布配置，从而可进一步灵活的改变每个桥臂电感值的大小，降低辅助电路中全控型器件的电压应力。
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。
图1和图2的操作原理大致相同，相较于图1示出的一种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，图2能够更加适合高电压、大电流的场合。
根据具体工程设计的需要，通过控制辅助电路中的开关器件，动态分配上下桥臂的电抗值，从而改变桥臂原有能量分布，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 (4)

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：该辅助电路由两个或多个反向串联的全控型开关器件组成，该辅助电路并联在桥臂电感上面，可在任意电流流向下控制电感的投入与切除。
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：正常运行时通过控制降容辅助电路的全控型开关器件，从而动态分配上下桥臂的电抗值，从而改变桥臂原有能量分布，每个桥臂电感上附加的辅助电路都可独立控制。
3.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：采用的全控型开关器件可为IGBT、IGCT等器件，该器件通常反并联一个续流二极管构成一个模块，两种该模块反向串联从而使其具备关断双向电流的能力，从而可有效控制桥臂电感的投切。
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：通过控制降容辅助电路中的全控型开关器件，在不影响总输出功率的情况下缩小每个子模块电容电压的波动范围，从而最终达到在子模块电容电压的振荡幅值设计要求相同的前提下降低子模块电容设计容值的作用。
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