CN113595128A - 一种无联结变压器的柔性环网控制器拓扑 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生产装置技术领域，尤其是一种无联结变压器的柔性环网控制器拓扑，现提出如下方案，其包括第一换流器和第二换流器，所述第一换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成，所述第一换流器的直流端口和第二换流器的直流端口通过模块阀串相连接，所述模块阀串是由至少两个全桥子模块串联组成，所述第二换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成。本发明提供的一种新型半全交直混联控制器的拓扑结构，相比于现有柔性环网控制器拓扑结构省去换流变压器，同时减少了全桥子模块的数量，节省了控制器的拓扑结构的占地面积，实现紧凑化设计。

Description

一种无联结变压器的柔性环网控制器拓扑
技术领域
本发明涉及发电、变电或配电领域，尤其是一种无联结变压器的柔性环网控制器拓扑。
背景技术
基于柔性直流输电技术的柔性环网控制器可实现电网软分区运行、短路电流抑制、潮流优化、无功支撑等功能，为解决电磁环网问题提供了一种选择，在柔性环网控制器方面，国内外的研究方案大部分基于模块化多电平换流器(MMC，Modular MultilevelConverter)的背靠背型两端/多端柔性直流配电系统；
MMC与交流系统之间通常采用联接变压器相连，以阻断交直流系统间的零序分量传递，而联接变压器的造价仅次于换流阀，同时伴有占地面积和运行损耗的问题，相关研究提出无变压器柔性环网控制器拓扑，虽然降低成本，结构更加紧凑，但是对零序电压抑制效果较差，一旦发生交流测单相接地故障，会使零序电压分量传递到直流侧，短时间内运行无碍，但对换流阀使用寿命，电网电能质量会造成较大影响；
针对单相故障引起的零序电压分量，目前国内外研究提出采用半桥子模块和全桥子模块混合级联的混合型MMC柔性环网控制器，或是单换流变混合子模块MMC柔性环网控制器，虽然能较好抑制零序分量，但设备造价仍旧相对较高；
公开号为CN106921172A的发明专利提出了一种柔性环网控制器的拓扑结构，该发明利用单一侧换流变压器和全桥子模块配合阻断零序电压，但换流变压器造价较高，同时全桥子模块使用数量较多，成本仍旧较高，为此，本发明提出了一种无联结变压器的柔性环网控制器拓扑。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种无联结变压器的柔性环网控制器拓扑。
本申请公开了新型半桥子模块和全桥子模块交直混联的柔性环网控制器拓扑，既可以实现无联接变配电网的潮流控制，提高电能质量以及供电可靠性，又可以很好地抑制交流故障引起的零序分量，同时也降低了造价。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种无联结变压器的柔性环网控制器拓扑，包括第一换流器和第二换流器，所述第一换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成；
所述第一换流器的直流端口和第二换流器的直流端口通过模块阀串相连接，所述模块阀串由全桥子模块串联组成，所述第二换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成。
进一步地，当所述第一换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，模块阀串隔离该单相接地故障；
当所述第二换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，模块阀串隔离该单相接地故障。
进一步地，当第一换流器或第二换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，直流线路承受工频电压波动，第一换流器或第二换流器承受故障电压，所述模块阀串投入并产生与故障电压相反的抑制电压，抑制工频电压波动，阻止故障电压传递到第二换流器或第一换流器的直流侧。
上述柔性环网控制器拓扑在多端配电网中的应用。
进一步地，通过改变直流侧模块阀串配比来实现处理第一换流器或第二换流器接入的交流侧发生的单相接地故障。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的一种新型半全交直混联控制器的拓扑结构，相比于现有柔性环网控制器拓扑结构省去换流变压器，同时减少了全桥子模块的数量，节省了控制器的拓扑结构的占地面积，实现紧凑化设计；
2、本发明提供的一种新型半全交直混联控制器的拓扑结构，利用全桥子模块正负电压输出能力，补偿故障产生的零序电压，维持直流侧正负极电压稳定，提高了柔性环网控制器的拓扑结构可靠性；
3、本发明在城市中低压电网应用中有更广泛的使用空间，实用性更强，同时在多端电网可以进一步优化结构。
附图说明
图1为本发明一种中压配电网MMC两端互联结构图；
图2为本发明双端配电网一种新型半桥子模块与全桥子模块交直混联控制器拓扑结构图；
图3为本发明三端配电网一种新型半桥子模块与全桥子模块交直混联控制器拓扑结构图；
图4为本发明三端配电网一种新型拓扑结构图；
图5为本发明的非故障相零序电压抑制原理图；
图6为本发明的实施例3中换流器交流测发生单相接地故障时电压波形图；
图7为本发明实施例3中无故障控制时的双极直流电压波形图；
图8为本发明实施例3中有故障控制时的双极直流电压波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种无联结变压器的柔性环网控制器拓扑，包括第一换流器和第二换流器，所述第一换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成；
所述第一换流器的直流端口和第二换流器的直流端口通过模块阀串相连接，所述模块阀串由全桥子模块串联组成，所述第二换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成。
当所述第一换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，模块阀串隔离该单相接地故障；
当所述第二换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，模块阀串隔离该单相接地故障。
当第一换流器或第二换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，直流线路承受工频电压波动，第一换流器或第二换流器承受故障电压，所述模块阀串投入并产生与故障电压相反的抑制电压，抑制工频电压波动，阻止故障电压传递到第二换流器或第一换流器的直流侧。
本发明提出了上述柔性环网控制器拓扑在多端配电网中的应用，多端指的是两端及两端以上，第一换流器和第二换流器保持结构不变，通过改变直流侧模块阀串配比来实现处理第一换流器或第二换流器接入的交流侧发生的单相接地故障。
实施例1，如在双端配电网中的应用，如图2所示,具体为：
在双端配电网中，一种新型半全交直混联控制器拓扑包括第一换流器、第二换流器和全桥子模块，其中，
第一换流器直接接入交流系统,且第一换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成；
第二换流器直接接入交流系统,且第二换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成；
当电网正常运行时，全桥子模块切出不工作，当在电网发生交流故障时，半全交直混联控制器拓扑的工作方式包括：
当第一换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，直流侧全桥子模块隔离该单相接地故障。
实施例2，如在三端配电网中的应用，如图3所示,具体为：
在三端配电网中，一种新型半全交直混联控制器拓扑包括第一换流器、第二换流器、第三换流器和全桥子模块，其中，
第一换流器直接接入交流系统,且第一换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成；
第二换流器直接接入交流系统,且第二换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成；
第三换流器直接接入交流系统,且第三换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成；
当电网正常运行时，全桥子模块切出不工作，当在电网发生交流故障时，半全交直混联控制器拓扑的工作方式包括：
当第一换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，直流侧全桥子模块隔离该单相接地故障；
本实施例中利用直流侧全桥子模块正负电压输出能力，补偿故障产生的零序电压，维持直流侧正负极电压稳定；
当第二换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，直流侧全桥子模块隔离该单相接地故障。
实施例3，如在三端配电网中的应用，如图3所示,具体为：
在三端配电网中，一种新型半全交直混联控制器拓扑包括第一换流器、第二换流器、第三换流器和全桥子模块，其中，
第一换流器直接接入交流系统,且第一换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成；
第二换流器直接接入交流系统,且第二换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成；
第三换流器直接接入交流系统,且第三换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成；
当电网正常运行时，全桥子模块切出不工作，当在电网发生交流故障时，半全交直混联控制器拓扑的工作方式包括：
当第一换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，直流侧全桥子模块隔离该单相接地故障；
本实施例中利用直流侧全桥子模块正负电压输出能力，补偿故障产生的零序电压，维持直流侧正负极电压稳定；
当第二换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，直流侧全桥子模块隔离该单相接地故障；
本实施例中利用直流侧全桥子模块正、负电压输出能力，补偿故障产生的零序电压，维持直流侧正负极电压稳定；
当第三换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，直流侧全桥子模块隔离该单相接地故障；
上述实施例中利用直流侧全桥子模块正、负电压输出能力，补偿故障产生的零序电压，维持直流侧正负极电压稳定；
相比于常用的控制器拓扑结构，本实施例中的新型半全交直混联控制器的拓扑结构去除了换流变压器，减少了全桥子模块数量，节省了占地面积，利用直流侧全桥子模块输出正负电压的能力补偿故障时所产生的零序电压，提高控制器的可靠性，同时说明了所述控制器拓扑结构的可扩展性，通过调整全桥子模块数量m使其适用于多端配电网。
以下将说明所述控制器拓扑对零序电压的补偿作用，故进行单端MMC仿真作为演示，仿真主要参数如表1所示。
表1新型半全交直混联拓扑的参数
参数 数值
MMC的交流电压/kV 10
中性点接地电感/H 0.3
MMC的额定功率/MW 10
额定直流电压/kV ±10
子模块额定电压/kV 1.73
子模块电容/μF 7000
桥臂电感/mH 9
本仿真中，MMC控制直流电压；
t＝0.5s时，MMC发生c相接地故障，t＝0.439s时，全桥子模块投入运行；t＝0.6s时，MMC故障清除，t＝0.607s时，全桥子模块切出，图6为故障时换流器MMC交流侧三相电压，c相电压为0，a、b相电压升高到原来的
Figure BDA0003205432480000081
倍。
若不采取措施，则故障分量通过换流器传递到直流侧，引起双极直流电压波动，如图7所示。
通过本发明所述拓扑，直流侧串联全桥子模块抑制故障分量，维持直流侧电压稳定，如图8所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种柔性环网控制器拓扑，包括第一换流器和第二换流器，所述第一换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成，其特征在于：
所述第一换流器的直流端口和第二换流器的直流端口通过模块阀串相连接，所述模块阀串是由至少两个全桥子模块串联组成，所述第二换流器的每相桥臂均由半桥子模块串联组成。
2.根据权利要求1所述的一种柔性环网控制器拓扑，其特征在于，当所述第一换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，模块阀串隔离该单相接地故障；
当所述第二换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，模块阀串隔离该单相接地故障。
3.根据权利要求2所述的一种柔性环网控制器拓扑，其特征在于，当第一换流器或第二换流器接入的交流侧发生单相接地故障时，直流线路承受工频电压波动，第一换流器或第二换流器承受故障电压，所述模块阀串投入并产生与故障电压相反的抑制电压，抑制工频电压波动，阻止故障电压传递到第二换流器或第一换流器的直流侧。
4.如权利要求1-3任一权利要求所述的一种柔性环网控制器拓扑在多端配电网中的应用。
5.根据权利要求4所述的一种柔性环网控制器拓扑在多端配电网中的应用，其特征在于，通过改变直流侧模块阀串配比来实现处理第一换流器或第二换流器接入的交流侧发生的单相接地故障。
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