CN114629158A - 一种基于mmc换流站的拓扑式直流潮流控制器 - Google Patents

一种基于mmc换流站的拓扑式直流潮流控制器 Download PDF

Info

Publication number
CN114629158A
CN114629158A CN202210531800.0A CN202210531800A CN114629158A CN 114629158 A CN114629158 A CN 114629158A CN 202210531800 A CN202210531800 A CN 202210531800A CN 114629158 A CN114629158 A CN 114629158A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power flow
flow controller
bridge arm
circuit
sub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210531800.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114629158B (zh
Inventor
章飞
张远实
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liyang Research Institute of Southeast University
Original Assignee
Liyang Research Institute of Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liyang Research Institute of Southeast University filed Critical Liyang Research Institute of Southeast University
Priority to CN202210531800.0A priority Critical patent/CN114629158B/zh
Publication of CN114629158A publication Critical patent/CN114629158A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114629158B publication Critical patent/CN114629158B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H02J1/106—Parallel operation of dc sources for load balancing, symmetrisation, or sharing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器，属于电力技术领域，包括上下对称的上桥臂潮流控制器和下桥臂潮流控制器，所述上桥臂潮流控制器的每个单端口输出端连接直流正极，所述下桥臂潮流控制器的每个单端口输出端连接直流负极；所述单端口潮流控制器包括三相多级全桥电路子模块组，每一相的全桥电路子模块组与滤波电感串联，所述拓扑式直流潮流控制器同相的桥臂与MMC换流站同相的桥臂直接相连。本发明拓扑简单无需额外变压器或者无源器件，并且实现了直流潮流的双向控制。

Description

一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种基于模块化多电平变换器MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器。
背景技术
未来柔性直流输电系统发展的趋势是多端组网，多端柔性直流输电系统含有多个换流站，能够实现多电源供电和多落点受电。两端直流输电系统中一端控制直流电压且另一端控制功率，因此直流线路潮流完全可控。但对于多端直流输电系统，由于控制裕度不够导致内部线路潮流无法独立控制，为了避免输电线路出现过负荷的情况，保证系统的安全运行，需要在多端直流输电系统中引入直流潮流控制器，简称DPFC。
直流潮流控制器是实现多端柔性直流输电系统直流潮流控制的关键设备。通过直流潮流控制器控制直流潮流的方法可以分为两类：一种是改变直流输电线路电阻，另一种是改变直流输电线路电压；改变直流输电线路电阻的方法是在输电线路中接入可变电阻，这种方法的优点是结构和控制简单，但是缺点是增加了线路的损耗并且只能控制单向潮流。改变直流输电线路电压的方式有两种，一种是接入直流变压器，另一种是串联可控电压源；接入直流变压器的方案需要直流潮流控制器通过直流系统传输的全部功率，损耗和成本较高，而串联可控电压源的方案只需要承受小部分电压，大幅度降低了损耗和成本。对此，麦吉尔大学Ooi教授提出了一种通过变压器与交流侧相连，并且使用晶闸管进行AC-DC变换来实现可控电压源接入的方案。基于相同的原理，浙江大学徐政教授团队提出了用MMC（基于模块化多电平变换器）代替晶闸管变换器的方案，利用电容在两条直流线路之间交换能量来实现DC-DC变换，西班牙加泰罗尼亚理工大学提出了一种多端口直流潮流控制器，该拓扑基于H桥的简化电路，拓扑构造简单但是只能控制单向潮流。由于目前柔性直流输电系统大多采用MMC，加拿大阿尔伯塔大学提出了基于MMC的直流潮流控制器，采用了两个MMC通过中间变压器连接的方式，通过两级DC-AC和AC-DC变换来实现DC-DC变换。该方案扩展到多端口直流潮流控制器需要多个由双端MMC和变压器构成的DC-DC变换器，结构较为复杂，以上针对直流潮流控制器技术的改进在成本和控制效率上考虑均不合适。
发明内容
目前基于MMC换流站的多端口直流潮流控制器的拓扑结构大多是在直流电路中接入多个由双端MMC和变压器构成的DC-DC变换器，该措施增加了系统的复杂性和成本，对于如何去构造一个完全基于MMC子模块且无需额外的变压器的多端口直流潮流控制器拓扑结构是本发明需要解决的关键性技术问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明的一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器，包括上下对称的上桥臂潮流控制器和下桥臂潮流控制器，所述上桥臂潮流控制器的每个单端口输出端连接直流正极，所述下桥臂潮流控制器的每个单端口输出端连接直流负极；
所述单端口潮流控制器包括三相多级全桥电路子模块组，每一相的全桥电路子模块组与滤波电感串联，所述拓扑式直流潮流控制器同相的桥臂与MMC换流站同相的桥臂直接相连。
上述MMC换流站包括上桥臂电路和下桥臂电路,所述上桥臂电路和下桥臂电路均包括三相多级开关电路子模块组，每一相的开关电路子模块组与桥臂电感串联，所述三相多级开关电路子模块组为半桥子模块HBSM或混合子模块，所述混合子模块为半桥子模块HBSM与全桥子模块FBSM的混合。
上述三相多级全桥电路子模块组中的单个全桥电路在线路阻抗的分压下工作电压为桥臂输出电压的1%-5%。
上述三相多级全桥电路子模块组根据功率流通方向切换正直流电压分量输出和负电压分量输出两种模式，实现直流潮流控制的双向控制。
上述上桥臂电路中的三相多级开关电路子模块组输出端与上桥臂潮流控制器中三相多级全桥电路子模块组输入端同相连接，所述下桥臂电路中的三相多级开关电路子模块组输出端与下桥臂潮流控制器中三相多级全桥电路子模块组输入端同相连接。
上述上桥臂潮流控制器和下桥臂潮流控制器均包括n个单端口控制器电路，其中n-1个单端口控制器电路内部的全桥电路均采用直流分压控制功率，第n个单端口控制器电路通过内部全桥电路控制交流分压的参考值。
上述MMC换流站和n-1个单端口控制器电路均采用功率控制，第n个单端口控制器电路采用桥臂能量平衡控制。
上述第n个单端口控制器其功率为：
Figure 577415DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 931036DEST_PATH_IMAGE002
是第n 个潮流控制器的功率，
Figure 729228DEST_PATH_IMAGE003
是总的参考功率，
Figure 459286DEST_PATH_IMAGE004
表示从1到 n-1的 第i个潮流控制 器功率。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明提出了一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器，该拓扑式直流潮流控制器通过与MMC换流站集成，能有效降低成本，实现直流潮流的双向控制；与现有的基于MMC换流站的多端口直流潮流控制器相比，该拓扑式直流潮流控制器完全基于MMC全桥子模块，无需额外的变压器或者无源器件，并且在直流故障下能与换流站协同动作，快速阻断直流故障电流的流通，进一步降低换流站直流故障阻断的设计成本。
附图说明
图1是一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器的电路原理图；
图2是一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器的等效电路图；
图3是本发明提出的拓扑式直流潮流控制器的控制流程图；
图4是本发明提出的拓扑式直流潮流控制器与MMC换流站协同直流故障阻断功能设计图；
图5是本发明提出的拓扑式直流潮流控制器在双极直流系统中的设计图。
具体实施方式
本发明提出的一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器的电路原理图如图1所示,包括MMC换流站和拓扑式直流潮流控制器，MMC换流站通过上桥臂电路和下桥臂电路进行电压输出，拓扑式直流潮流控制器包括上下对称的上桥臂潮流控制器和下桥臂潮流控制器；其中MMC换流站采用常规的三相电供电，每一相电压输出均通过三相滤波电感滤波后连接相应的上桥臂电路的桥臂电感和下桥臂电路中的桥臂电感，其中上桥臂和下桥臂呈上下对称结构，内部设置数量对等的三相多级开关电路子模块组,每一相的开关电路子模块组对应连接一个桥臂电感；为了实现直流故障的阻断。三相多级开关电路子模块组为半桥子模块HBSM或混合子模块，混合子模块为半桥子模块HBSM与全桥子模块FBSM的混合，本实施例中，三相多级开关电路子模块组采用45%全桥和50%半桥子模块混合的方法，即通过充分利用直流潮流控制器中5%的全桥子模块，可以减少MMC换流站中全桥子模块的比例，即从50%减少到45%，达到最佳优化控制；MMC换流站的上桥臂电路输出端连接上桥臂潮流控制器端口电路的同相输入端，下桥臂电路输出端连接下桥臂潮流控制器端口电路的同相输入端。
上桥臂潮流控制器端口电路的每个单端口输出端连接直流正极，下桥臂潮流控制器端口电路的每个单端口输出端连接直流负极；单端口控制器包括三相多级全桥电路子模块组，且每个单端口控制器由三个星型连接的桥臂构成。MMC换流站上桥臂电路中的多级开关电路子模块组输出端与上桥臂潮流控制器中全桥电路子模块组输入端同相连接，MMC换流站下桥臂电路中的多级开关电路子模块组输出端与下桥臂潮流控制器中全桥电路子模块组输入端同相连接。单端口潮流控制器的全桥子模块根据线路阻抗和电压调节范围的不同，只需承受1%-5%的直流电压，而且可以根据不同的功率流通方向输出正的或者负的直流电压分量来实现潮流的双向控制。
单端口控制器电路稳态运行时的等效电路如图2所示；每个MMC换流站的桥臂电路和潮流控制器桥臂电路均含有直流分量电压和交流分量电压，并且流过桥臂的电流也包含直流分量和交流分量，通过直流分量产生的功率和交流分量产生的功率的互相抵消从而达到桥臂内部能量的平衡。
图2中 vs 和is 是网侧电压和电流，vdc为直流侧电压， Ls,L1，L2分别是网侧电感，MMC换流站电感和DPFC桥臂电感。
直流潮流控制器根据不同的潮流控制需求，桥臂电压可以输出正和负的直流电压分量，从而实现功率的双向控制。本发明提出的拓扑式直流潮流控制器和MMC换流站集成的控制策略如图3所示，MMC换流站的控制包括功率控制，环流控制，以及PWM和电容电压平衡控制；其中对于具有n个端口的多端口直流潮流控制器来说，其中n-1个单端口控制器需要通过改变直流电压分量来控制功率，其控制包括功率控制，环流控制，以及PWM和电容电压平衡控制，剩余的第n个单端口控制器用于提供内部交流分量电压的参考值，其控制包括桥臂能量平衡控制，环流控制，以及PWM和电容电压平衡控制。
流过该端口的功率由MMC换流站和其他n-1个单端口控制器决定，该端口的功率可以如下表示：
Figure 675635DEST_PATH_IMAGE005
(1)
其中，
Figure 200157DEST_PATH_IMAGE006
是第n个潮流控制器的功率，
Figure 485645DEST_PATH_IMAGE007
是总的参考功率，
Figure 501618DEST_PATH_IMAGE008
表示 从1到 n-1的 第i个潮流控制器功率。因此，通过MMC换流站与n-1个单端口控制器的功率控 制相互配合可以实现n个端口直流网络潮流的控制。
本发明中的潮流控制器可以与MMC换流站共同配合实现直流故障的阻断，其设计方案如图4所示。其中MMC换流站只需配置45%的全桥子模块，即可实现直流故障的阻断。本发明的潮流控制器也可用于双极直流系统，其设计图如图5所示，潮流控制器分别连接到MMC换流站1的正极和MMC换流站2的负极。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器，其特征在于：包括上下对称的上桥臂潮流控制器和下桥臂潮流控制器，所述上桥臂潮流控制器的每个单端口输出端连接直流正极，所述下桥臂潮流控制器的每个单端口输出端连接直流负极；
所述上桥臂潮流控制器和下桥臂潮流控制器均包括三相多级全桥电路子模块组，每一相的全桥电路子模块组与滤波电感串联，所述拓扑式直流潮流控制器同相的桥臂与MMC换流站同相的桥臂直接相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器，其特征在于：所述MMC换流站包括上桥臂电路和下桥臂电路,所述上桥臂电路和下桥臂电路均包括三相多级开关电路子模块组，每一相的开关电路子模块组与桥臂电感串联，所述三相多级开关电路子模块组为半桥子模块HBSM或混合子模块，所述混合子模块为半桥子模块HBSM与全桥子模块FBSM的混合。
3.根据权利要求1所述的一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器，其特征在于：所述三相多级全桥电路子模块组中的单个全桥电路在线路阻抗的分压下工作电压为桥臂输出电压的1%-5%。
4.根据权利要求1所述的一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器，其特征在于：所述三相多级全桥电路子模块组根据功率流通方向切换正直流电压分量输出和负电压分量输出两种模式，实现直流潮流控制的双向控制。
5.根据权利要求2所述的一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器，其特征在于：所述上桥臂电路中的三相多级开关电路子模块组输出端与上桥臂潮流控制器中三相多级全桥电路子模块组输入端同相连接，所述下桥臂电路中的三相多级开关电路子模块组输出端与下桥臂潮流控制器中三相多级全桥电路子模块组输入端同相连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器，其特征在于：所述上桥臂潮流控制器和下桥臂潮流控制器均包括n个单端口控制器电路，其中n-1个单端口控制器电路内部的全桥电路均采用直流分压控制功率，第n个单端口控制器电路通过内部全桥电路控制交流分压的参考值。
7.根据权利要求6所述的一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器，其特征在于：所述MMC换流站和n-1个单端口控制器电路均采用功率控制，第n个单端口控制器电路采用桥臂能量平衡控制。
8.根据权利要求7所述的一种基于MMC换流站的拓扑式直流潮流控制器，其特征在于： 所述第n个单端口控制器其功率为：
Figure 78058DEST_PATH_IMAGE001
；其中，
Figure 39061DEST_PATH_IMAGE002
是第n个潮流 控制器的功率，
Figure 811845DEST_PATH_IMAGE003
是总的参考功率，
Figure 618127DEST_PATH_IMAGE004
表示从1到 n-1的 第i个潮流控制器功率。
CN202210531800.0A 2022-05-17 2022-05-17 一种基于mmc换流站的拓扑式直流潮流控制器 Active CN114629158B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210531800.0A CN114629158B (zh) 2022-05-17 2022-05-17 一种基于mmc换流站的拓扑式直流潮流控制器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210531800.0A CN114629158B (zh) 2022-05-17 2022-05-17 一种基于mmc换流站的拓扑式直流潮流控制器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114629158A true CN114629158A (zh) 2022-06-14
CN114629158B CN114629158B (zh) 2022-07-29

Family

ID=81906960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210531800.0A Active CN114629158B (zh) 2022-05-17 2022-05-17 一种基于mmc换流站的拓扑式直流潮流控制器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114629158B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024016749A1 (zh) * 2022-07-19 2024-01-25 上海交通大学 一种具有多端口直流潮流控制的柔直换流器及其控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108011389A (zh) * 2017-11-22 2018-05-08 全球能源互联网研究院有限公司 一种复合型直流输电设备
CN110445400A (zh) * 2019-07-26 2019-11-12 上海交通大学 多端口直流潮流控制的模块化多电平变流器及控制方法
CN112467759A (zh) * 2021-01-28 2021-03-09 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种分布式潮流控制器低电流工况下的控制方法及系统
CN114421482A (zh) * 2022-01-25 2022-04-29 上海交通大学 网状直流系统及多端口直流潮流控制系统和控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108011389A (zh) * 2017-11-22 2018-05-08 全球能源互联网研究院有限公司 一种复合型直流输电设备
CN110445400A (zh) * 2019-07-26 2019-11-12 上海交通大学 多端口直流潮流控制的模块化多电平变流器及控制方法
CN112467759A (zh) * 2021-01-28 2021-03-09 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种分布式潮流控制器低电流工况下的控制方法及系统
CN114421482A (zh) * 2022-01-25 2022-04-29 上海交通大学 网状直流系统及多端口直流潮流控制系统和控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
方玮昕等: "内嵌于MMC换流器的多端口直流潮流控制器", 《中国电机工程学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024016749A1 (zh) * 2022-07-19 2024-01-25 上海交通大学 一种具有多端口直流潮流控制的柔直换流器及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114629158B (zh) 2022-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104967141B (zh) 一种混合直流输电系统
CN103620935B (zh) 双向dc-dc变换器
CN105071425B (zh) 一种基于lcc和mmc的混合直流输电系统
CN108599583B (zh) 一种基于模块化多电平变换器的通用柔性能量管理系统
WO2017084120A1 (zh) 单向直流-直流自耦变压器及其高低压侧故障隔离方法
WO2021147514A1 (zh) 模块化多电平交流-直流变换系统
CN103715930B (zh) 一种提升柔性直流输电系统容量的方法
CN108242813B (zh) 电能质量综合治理和功率优化的能量路由器的控制方法
CN105191110A (zh) 包括链环式变换器的电压源型变换器
CN111900884A (zh) 一种直流配网的电力电子变压设备及其控制方法
CN103066871A (zh) 大功率级联式二极管h桥单位功率因数整流器
CN107039980A (zh) 一种高压直流潮流控制器
CN111525583A (zh) 一种调压变压器及潮流控制系统
CN103051219A (zh) 基于单级功率变换模块的级联式变流器
CN110556833A (zh) 多端口微网能量路由器
CN114629158B (zh) 一种基于mmc换流站的拓扑式直流潮流控制器
CN107800299A (zh) 基于mmc高频变换的模块化直流变换系统及其控制方法
CN109873568A (zh) 一种多直流端口换流器及控制方法
CN116488224A (zh) 多端口交直流混合变流装置及多端交直流混合系统
WO2016029824A1 (zh) 一种直流电压变换装置及其桥臂控制方法
CN110535166A (zh) 一种混合串联多落点直流输电系统
CN112072639B (zh) 模块共用的电网柔性合环控制器拓扑
CN103441676A (zh) 一种模块化的高压直流-直流变换装置
CN113726136B (zh) 变换装置
CN108270356B (zh) 基于pwm/二极管混合整流结构的直流配电网能量路由器及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant