CN114421409B - 一种混合式换流器阀塔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子中的换流技术领域，具体涉及一种混合式换流器阀塔，包括：至少两层间隔设置的第一模块组，包括并联设置的第一主支路模块和第一辅助支路模块；至少两层间隔设置的第二模块组，包括并联设置的第二主支路模块的第二辅助支路模块；第一模块组和第二模块组交替设置，第一模块组的输出端和第二模块组的输入端电连接，第二模块组的输出端与下一层的第一模块组的输入端电连接，且靠近设置的两层第一模块组的输入端之间设置有第一避雷器，靠近设置的两层第二模块组的输入端之间设置有第二避雷器；第一屏蔽罩和第二屏蔽罩，分设在顶层的第一模块组和底层的第二模块组的两侧。本发明提供了一种体积较小，布局紧凑的混合式换流器阀塔。

Description

一种混合式换流器阀塔
技术领域
本发明涉及电力电子中的换流技术领域，具体涉及一种混合式换流器阀塔。
背景技术
传统的电网换相高压直流(line commutated converter high voltage directcurrent，LCC-HVDC)输电系统具有远距离大容量输电、有功功率可控等优势，在世界范围内广泛应用。换流器作为直流输电的核心装备，是实现交、直流电能转换的核心功能单元，其运行可靠性很大程度上决定了特高压直流电网的运行可靠性。由于传统换流器多采用半控型器件晶闸管作为核心部件构成六脉动桥换流拓扑，每个桥臂由多级晶闸管及其缓冲部件串联组成，由于晶闸管不具备自关断能力，在交流系统故障等情况下容易发生换相失败，导致直流电流激增，直流传输功率迅速大量损失，给电网的安全稳定运行带来更严峻的挑战。
为此，现有技术提供了一种混合式换流器拓扑结构及其控制方法，解决了换相失败导致的电网不能稳定安全运行的问题，但是由于涉及的元器件较多，因此如何合理布置元器件的位置，以尽量减小整个装置的体积成为本领域的一个亟待解决的技术问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的换流器阀塔体积较大，占用空间较大的缺陷，从而提供一种体积较小，布局紧凑的混合式换流器阀塔。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种混合式混流器阀塔，包括：
至少两层间隔设置的第一模块组，所述第一模块组包括并联设置的第一主支路模块和第一辅助支路模块，所述第一辅助支路模块用于在所述第一主支路模块换相失败时，辅助所述第一主支路模块进行强迫换相；
至少两层间隔设置的第二模块组，所述第二模块组包括并联设置的第二主支路模块和第二辅助支路模块，所述第二辅助支路模块用于在所述第二主支路模块换相失败时，辅助所述第二主支路模块进行强迫换相；
所述第一模块组和第二模块组交替设置，所述第一模块组的输出端和第二模块组的输入端电连接，第二模块组的输出端与下一层的第一模块组的输入端电连接，且靠近设置的两层第一模块组的输入端之间设置有第一避雷器，靠近设置的两层第二模块组的输入端之间设置有第二避雷器；
第一屏蔽罩和第二屏蔽罩，分设在顶层的第一模块组和底层的第二模块组的两侧。
可选地，所述第一主支路模块和第二主支路模块的输入端设置有安装结构，所述第一避雷器和第二避雷器均设置在所述安装结构中。
可选地，所述第一主支路模块包括依次串联的第一主支路电抗器、第一晶闸管阀、低压可关断阀、第一晶闸管阀和第一主支路电抗器；
所述第一辅助支路模块包括依次串联的第一高压晶闸管阀、第一辅助支路电抗器、两个第一高压可关断阀、第一辅助支路电抗器和第一高压晶闸管阀。
可选地，所述低压可关断阀的两端并联有第三避雷器，所述第一高压晶闸管阀和第一辅助支路电抗器的两端并联有第四避雷器，两个所述第一高压可关断阀的两端并联有第五避雷器。
可选地，所述第二主支路模块包括依次串联的第二主支路电抗器、两个第二晶闸管阀和第二主支路电抗器；
所述第二辅助支路模块包括依次串联的第二高压晶闸管阀、第二辅助支路电抗器、两个第二高压可关断阀、第二辅助支路电抗器和第二高压晶闸管阀。
可选地，所述第二高压晶闸管阀和第二辅助支路电抗器的两端并联有第六避雷器，两个所述第二高压可关断阀的两端并联有第七避雷器。
可选地，两个所述第一高压可关断阀通过第一辅助支路导线连接，两个所述第二高压可关断阀通过第二辅助支路导线连接，两个所述第二晶闸管阀通过主支路导线连接。
可选地，还包括自上而下贯穿所述第一模块组和第二模块组的供水管和光纤槽，所述供水管与所述第一模块组和第二模块组中的散热器连通，所述光纤槽用于容纳光纤。
可选地，还包括设置在第一屏蔽罩上的绝缘子。
可选地，所述第一主支路模块和第二主支路模块串联，所述第一辅助支路模块和第二辅助支路模块串联，所述第一主支路模块和第一辅助支路模块同层相对设置，所述第二主支路模块和第二辅助支路模块同层相对设置。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的混合式换流器阀塔，第一避雷器和第二避雷器分别设置在靠近设置的两层第一模块组的输入端之间和靠近设置的两层第二模块组的输入端之间，由于第一模块组的输出端和第二模块组的输入端电连接，第二模块组的输出端与下一层的第一模块组的输入端电连接，因此第二模块组的输出端的电位和下一层的第一模块组的电位相同，可将第一避雷器和第二避雷器均安装在阀塔的同一侧，从而缩短第一避雷器和第二避雷器的长度，进而减小整个阀塔的体积，使得整体结构更加紧凑。此外，两个屏蔽罩对阀塔结构起到高压外电场在阀塔上均匀分布的作用，两个避雷器对第一模块组和第二模块组提供过电压保护。
2.本发明提供的混合式换流器阀塔，第一避雷器和第二避雷器均设置在第一主支路模块和第二主支路模块输入端的安装结构中，使得安装更加稳定可靠。
3.本发明提供的混合式换流器阀塔，主支路模块中低压可关断阀和辅助支路模块中两个高压可关断阀的设置，在换相失败后，主支路模块中的电流可转移至辅助支路模块，从而快速恢复换相；而在正常运行时，辅助支路模块可不投入运行，只需承担电压应力，不会对换流阀各运行工况造成负面影响，提高了器件利用率，便于工程实施。
4.本发明提供的混合式换流器阀塔，供水管用于为每个模块中的半导体器件和电阻的散热器提供冷却水，保证散热效果；绝缘子的设置便于阀塔的吊装。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的混合式换流器阀塔的示意图；
图2为第一模块组的俯视图；
图3为第二模块组的俯视图。
附图标记说明：
1、第一屏蔽罩；2、第一模块组；3、第二模块组；4、第二屏蔽罩；5、第一主支路电抗器；6、第一晶闸管阀；7、低压可关断阀；8、第三避雷器；9、安装结构；10、第一高压晶闸管阀；11、第一辅助支路电抗器；12、第一高压可关断阀；13、第四避雷器；14、第一辅助支路角屏蔽；15、第五避雷器；16、第一辅助支路导线；17、第二主支路电抗器；18、第二晶闸管阀；19、主支路导线；20、第二高压晶闸管阀；21、第二辅助支路电抗器；22、第二高压可关断阀；23、第六避雷器；24、第二辅助支路角屏蔽；25、第七避雷器；26、第二辅助支路导线；27、第一避雷器；28、第二避雷器；29、供水管；30、光纤槽；31、绝缘子。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1至3所示的混合式换流器阀塔的一种具体实施方式，包括自上而下依次设置的第一屏蔽罩1、第一模块组2、第二模块组3、第一模块组2、第二模块组3和第二屏蔽罩4，设置在上的一组第一模块组2和第二模块组3组成一个单阀，设置在下的另一组第一模块组2和第二模块组3组成另一个单阀。
所述第一模块组2包括并联设置的第一主支路模块和第一辅助支路模块，所述第一辅助支路模块用于在所述第一主支路模块换相失败时，辅助所述第一主支路模块进行强迫换相。如图2所示，所述第一主支路模块和第一辅助支路模块同层相对设置，所述第一主支路模块包括依次串联的第一主支路电抗器5、第一晶闸管阀6、低压可关断阀7、第一晶闸管阀6和第一主支路电抗器5。其中，低压可关断阀7设于中央，两端并联有第三避雷器8，两组第一主支路电抗器5和第一晶闸管阀6对称设置在低压可关断阀7的两侧，且第一主支路电抗器5靠外侧设置，第一晶闸管阀6靠内侧设置，第三避雷器8位于两个第一主支路电抗器5之间，且在第一主支路电抗器5的端部外接有一个弧形的安装结构9。
所述第一辅助支路模块包括依次串联的第一高压晶闸管阀10、第一辅助支路电抗器11、两个第一高压可关断阀12、第一辅助支路电抗器11和第一高压晶闸管阀10。其中，两个第一高压晶闸管阀10和两个第一高压可关断阀12并排间隔设置，且两个第一高压可关断阀12设置在中间，两个第一高压晶闸管阀10对称设置在外侧，两个第一辅助支路电抗器11靠近外侧设置，所述第一高压晶闸管阀10和第一辅助支路电抗器11的两端并联有第四避雷器13，且第四避雷器13通过第一辅助支路角屏蔽14与第一辅助支路电抗器11电连接，两个所述第一高压可关断阀12靠近外侧的两端并联有第五避雷器15，靠近内侧的两端通过第一辅助支路导线16连接。
如图3所示，所述第二主支路模块和第二辅助支路模块同层相对设置，所述第二模块组包括并联设置的第二主支路模块和第二辅助支路模块，所述第二辅助支路模块用于在所述第二主支路模块换相失败时，辅助所述第二主支路模块进行强迫换相。所述第一模块组的输出端和第二模块组的输入端电连接，第二模块组的输出端与下一层的第一模块组的输入端电连接，具体的，所述第一主支路模块和第二主支路模块串联，所述第一辅助支路模块和第二辅助支路模块串联。
所述第二主支路模块包括依次串联的第二主支路电抗器17、两个第二晶闸管阀18和第二主支路电抗器17。其中，两个第二主支路电抗器17靠近外侧设置，且在第二主支路电抗器17的端部外接有一个弧形的安装结构9；两个第二晶闸管阀18靠近内侧设置，且两个所述第二晶闸管阀18通过主支路导线19连接。
所述第二辅助支路模块包括依次串联的第二高压晶闸管阀20、第二辅助支路电抗器21、两个第二高压可关断阀22、第二辅助支路电抗器21和第二高压晶闸管阀20。其中，两个第二高压晶闸管阀20和两个第二高压可关断阀22并排间隔设置，且两个第二高压可关断阀22设置在中间，两个第二高压晶闸管阀20对称设置在外侧，两个第二辅助支路电抗器21靠近外侧设置，所述第二高压晶闸管阀20和第二辅助支路电抗器21的两端并联有第六避雷器23，且第六避雷器23通过第二辅助支路角屏蔽24与第二辅助支路电抗器21电连接，两个所述第二高压可关断阀22靠近外侧的两端并联有第七避雷器25，靠近内侧的两端通过第二辅助支路导线26连接。
两层第一模块组的输入端的安装结构中设置有第一避雷器27，两层第二模块组的输入端的安装结构中设置有第二避雷器28，第一避雷器27和第二避雷器28均为单阀避雷器。
为保证冷却效果和保证光纤铺设的准确性，还包括自上而下贯穿所述第一模块组和第二模块组的供水管29和光纤槽30，所述供水管29与所述第一模块组和第二模块组中的散热器连通，所述光纤槽30用于容纳光纤。
此外，在第一屏蔽罩上还设有一对绝缘子31，绝缘子31上端设有便于对阀塔进行吊装的吊环。
当混合式换流器阀塔正常运行时，第一辅助支路模块和第二辅助支路模块均保持关断状态，只需承担电压应力，由第一主支路模块和第二主支路模块承载正常运行电流，第一主支路模块的电流由第一主支路电抗器5进入，流经第一晶闸管阀6、低压可关断阀7、第一晶闸管阀6，从另一第一主支路电抗器5流出，进入第二主支路模块，由第二主支路电抗器17进入，流经两个第二晶闸管阀18，从另一第二主支路电抗器17流出。当第一主支路模块换相失败时，关断第一主支路模块的低压可关断阀，导通相应的第一辅助支路模块的两个第一高压可关断阀，将第一主支路模块的电流转移至第一辅助支路模块，第一辅助支路模块的电流由第一高压晶闸管阀10进入，流经第一辅助支路电抗器11、两个第一高压可关断阀12、第一辅助支路电抗器11，从另一第一高压晶闸管阀10流出，进入第二辅助支路模块，当第一主支路模块的电流完全转移至第一辅助支路时，关断两个第一高压可关断阀，实现第一主支路模块的强迫换相。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种混合式换流器阀塔，其特征在于，包括：
至少两层间隔设置的第一模块组，所述第一模块组包括并联设置的第一主支路模块和第一辅助支路模块，所述第一辅助支路模块用于在所述第一主支路模块换相失败时，辅助所述第一主支路模块进行强迫换相；
至少两层间隔设置的第二模块组，所述第二模块组包括并联设置的第二主支路模块和第二辅助支路模块，所述第二辅助支路模块用于在所述第二主支路模块换相失败时，辅助所述第二主支路模块进行强迫换相；
所述第一模块组和第二模块组交替设置，所述第一模块组的输出端和第二模块组的输入端电连接，第二模块组的输出端与下一层的第一模块组的输入端电连接，且靠近设置的两层第一模块组的输入端之间设置有第一避雷器(27)，靠近设置的两层第二模块组的输入端之间设置有第二避雷器(28)；
第一屏蔽罩(1)和第二屏蔽罩(4)，分设在顶层的第一模块组和底层的第二模块组的两侧。
2.根据权利要求1所述的混合式换流器阀塔，其特征在于，所述第一主支路模块和第二主支路模块的输入端设置有安装结构(9)，所述第一避雷器(27)和第二避雷器(28)均设置在所述安装结构(9)中。
3.根据权利要求1所述的混合式换流器阀塔，其特征在于，所述第一主支路模块包括依次串联的第一主支路电抗器(5)、第一晶闸管阀(6)、低压可关断阀(7)、第一晶闸管阀(6)和第一主支路电抗器(5)；
所述第一辅助支路模块包括依次串联的第一高压晶闸管阀(10)、第一辅助支路电抗器(11)、两个第一高压可关断阀(12)、第一辅助支路电抗器(11)和第一高压晶闸管阀(10)。
4.根据权利要求3所述的混合式换流器阀塔，其特征在于，所述低压可关断阀(7)的两端并联有第三避雷器(8)，所述第一高压晶闸管阀(10)和第一辅助支路电抗器(11)的两端并联有第四避雷器(13)，两个所述第一高压可关断阀(12)的两端并联有第五避雷器(15)。
5.根据权利要求3－4任一项所述的混合式换流器阀塔，其特征在于，所述第二主支路模块包括依次串联的第二主支路电抗器(17)、两个第二晶闸管阀(18)和第二主支路电抗器(17)；
所述第二辅助支路模块包括依次串联的第二高压晶闸管阀(20)、第二辅助支路电抗器(21)、两个第二高压可关断阀(22)、第二辅助支路电抗器(21)和第二高压晶闸管阀(20)。
6.根据权利要求5所述的混合式换流器阀塔，其特征在于，所述第二高压晶闸管阀(20)和第二辅助支路电抗器(21)的两端并联有第六避雷器(23)，两个所述第二高压可关断阀(22)的两端并联有第七避雷器(25)。
7.根据权利要求6所述的混合式换流器阀塔，其特征在于，两个所述第一高压可关断阀(12)通过第一辅助支路导线(16)连接，两个所述第二高压可关断阀(22)通过第二辅助支路导线(26)连接，两个所述第二高压晶闸管阀(20)通过主支路导线(19)连接。
8.根据权利要求1－4任一项所述的混合式换流器阀塔，其特征在于，还包括自上而下贯穿所述第一模块组和第二模块组的供水管(29)和光纤槽(30)，所述供水管(29)与所述第一模块组和第二模块组中的散热器连通，所述光纤槽(30)用于容纳光纤。
9.根据权利要求1－4任一项所述的混合式换流器阀塔，其特征在于，还包括设置在第一屏蔽罩(1)上的绝缘子(31)。
10.根据权利要求1－4任一项所述的混合式换流器阀塔，其特征在于，所述第一主支路模块和第二主支路模块串联，所述第一辅助支路模块和第二辅助支路模块串联，所述第一主支路模块和第一辅助支路模块同层相对设置，所述第二主支路模块和第二辅助支路模块同层相对设置。
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