CN111181186B - 一种柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔，属于换流阀阀塔领域，包括至少两个阀层，所述阀层包含半桥阀组件和全桥阀组件，所述半桥阀组件由N个半桥子模块构成，所述全桥阀组件由M个全桥子模块构成，M>1、N>1，M≠N；所述半桥阀组件与全桥阀组件的规格相同，且所述半桥阀组件与全桥阀组件的冷却液流量相同。半桥阀组件与全桥阀组件采用模块化结构，结构尺寸相同，且冷却液总流量要求相同；使得阀塔便于设计和施工，阀塔安装兼容性强。
Description
技术领域
本发明涉及大功率电力电子整流和逆变装置，应用于大规模新能源柔性直流送出与消纳、高压柔性直流电网构建、高压交流电网柔性分区互联以及混合直流输电技术领域,特别是一种柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔。
背景技术
柔性直流输电技术是一种以电压源变流器、可关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术采用了全控型的电力电子器件IGBT，系统反应速度快、可控性较好、运行方式灵活，能够减少系统短路容量，提高电能质量；在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电和城市电网供电等方面具有明显的优势。
柔性直流输电技术应用于远距离大容量输电需要解决两个问题：一是大容量问题；二是直流侧短路故障的自清除问题。对于大容量的问题，只有通过提升直流电压等级来解决，将柔性直流输电电压等级提升至±800kV，其输送容量可达到5000MW，为解决直流侧短路故障的自清除问题，需在换流阀内增加全桥子模块。
从经济型、功能性和技术可操作性几方面，±800kV/5000MW柔性直流输电换流阀采用半桥和全桥子模块混合构成单阀，通过两类子模块的配比设置，可以满足特高压柔性直流输电换流阀直流故障穿越、直流零电压运行、阀组在线投退等多项功能的要求。柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑如图1所示，同相的两个桥臂单元和桥臂电抗器构成一个相单元，一个桥臂单元包括若干个阀段，一个阀段包括若干个功率模块。
然而，半桥子模块和全桥子模块拓扑结构不同，构成组件后的形状大小有差异，使得阀层与阀塔的设计困难，装配较为复杂、不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔，用以解决现有技术的阀塔装配不便的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔，包括至少两个阀层，每个阀层中有多个阀组件，所述阀层包含半桥阀组件和全桥阀组件，所述半桥阀组件由N个半桥子模块集成构成，所述全桥阀组件由M个全桥子模块集成构成，M>1、N>1，M≠N；所述半桥阀组件与全桥阀组件的规格相同，且所述半桥阀组件与全桥阀组件的冷却液流量相同。
进一步的，所述阀层安装半桥阀组件或者全桥阀组件。
进一步的，安装半桥阀组件的阀层与安装全桥阀组件的阀层相邻设置。
进一步的，所述阀层之间安装有层间绝缘子。
进一步的，阀塔通过底部支撑架固定于地面上。
进一步的，所述底部支撑架上安装有底部绝缘子。
进一步的，所述M=4，所述N=5。
本发明的有益效果是：一个阀塔包含半桥、全桥混合拓扑结构两种阀组件；半桥阀组件与全桥阀组件采用模块化结构，结构尺寸相同，且冷却液总流量要求相同；使得阀塔便于设计和施工，阀塔安装兼容性强。
本发明的拓扑结构，电平数量可根据电压等级要求提升；混合拓扑结构的阀塔交流侧无需高频滤波器，降低设备和占地投资；实现了换流阀高功率密度、高可靠性、紧凑化设计，为大规模新能源柔性直流送出与消纳、高压柔性直流电网构建、高压交流电网柔性分区互联以及混合直流输电技术改造提供了先进的解决方案和装备技术支撑。
附图说明
图1是现有技术的柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑原理图；
图2是本发明具体实施方式中的半桥阀组件冷却水系统示意图；
图3是本发明具体实施方式中的全桥阀组件冷却水系统示意图；
图4是本发明具体实施方式中的阀塔正视图；
图5是本发明具体实施方式中的阀塔侧视图；
图6是本发明具体实施方式中的阀塔俯视图；
图7是本发明具体实施方式中的半桥阀组件正视图；
图8是本发明具体实施方式中的半桥阀组件俯视图；
图9是本发明具体实施方式中的全桥阀组件正视图；
图10是本发明具体实施方式中的全桥阀组件俯视图；
其中，1为半桥阀组件，2为全桥阀组件，3为层间绝缘子，4为底部绝缘子，5为冷却水管路，101为半桥阀组件的冷却水系统，201为全桥阀组件的冷却水系统，102、103、104、105、106为半桥子模块，202、203、204、205为全桥子模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图4、5、6所示的阀塔结构为一种柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔，包括底部支撑架和三个阀层，上层的阀层安装全桥阀组件2，中层的阀层安装半桥阀组件1，下层的阀层也安装全桥阀组件。阀层之间设有层间绝缘子3，底部支撑架上安装有底部绝缘子4，冷却水管路5从底部支撑架引入阀层中。每个阀层中有多个阀组件。
如图7、8、9、10所示的半桥阀组件1和全桥阀组件2，半桥阀组件1由五个半桥子模块102、103、104、105、106集成而成，高为H，长为A，宽为Ｂ。全桥阀组件２由四个全桥子模块202、203、204、205集成而成，高为H，长为A，宽为Ｂ。可见，半桥阀组件与全桥阀组件的规格相同，即大小尺寸相同。
如图２所示，每个半桥子模块的冷却水流量为16Ｌ，一个半桥阀组件的冷却水系统101流量为80Ｌ。如图３所示，每个全桥子模块的冷却水流量为20Ｌ，一个全桥阀组件的冷却水系统201流量也是80Ｌ。也就是说，半桥阀组件与全桥阀组件的冷却液流量相同。
以上实施例中，半桥阀组件1由五个半桥子模块集成而成，全桥阀组件２由四个半桥子模块集成而成，最终使得半桥阀组件与全桥阀组件规格相同，且冷却液总流量要求相同。作为其他实施方式，也可以根据实际半桥子模块和全桥子模块的尺寸、流量进行设计，以形成的半桥阀组件和全桥阀组件规格相同、流量相同为目的，安排合适的数量进行集成，最终使得阀塔便于设计和施工，阀塔安装兼容性强。
以上实施例中的阀塔为支撑式阀塔，作为其他实施方式，也可以采用吊装式阀塔的结构。
本发明的阀塔结构，阀塔由半桥子模块和全桥子模块混合构成，实现模块化多电平，从根本上解决了两电平或三电平器件串联不均压问题。器件开关频率大幅降低，提高了换流阀整体传输效率；阀塔结构电平数的大量提高，使得换流阀系统并网点谐波含量很少，无需交流侧高频滤波器，节省了投资成本和占地面积；全桥阀模块闭锁后，降低其他元件短路电流应力，提高换流阀可靠性。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔，包括至少两个阀层，其特征在于，每个阀层中有多个阀组件，所述阀层包含半桥阀组件和全桥阀组件，所述半桥阀组件由N个半桥子模块集成构成，所述全桥阀组件由M个全桥子模块集成构成，M>1、N>1，M≠N；所述半桥阀组件与全桥阀组件的规格相同，且一个半桥阀组件与一个全桥阀组件的冷却液流量相同。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔，其特征在于，所述阀层安装半桥阀组件或者全桥阀组件。
3.根据权利要求2所述的柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔，其特征在于，安装半桥阀组件的阀层与安装全桥阀组件的阀层相邻设置。
4.根据权利要求2或3所述的柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔，其特征在于，所述阀层之间安装有层间绝缘子。
5.根据权利要求4所述的柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔，其特征在于，所述阀塔通过底部支撑架固定于地面上。
6.根据权利要求5所述的柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔，其特征在于，所述底部支撑架上安装有底部绝缘子。
7.根据权利要求1-3任一项所述的柔性直流输电用模块化多电平混合拓扑阀塔，其特征在于，所述M=4，所述N=5。
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