CN203261252U - 半桥链加全桥切换复用型柔性直流输电换流器 - Google Patents

Abstract

一种半桥链加全桥切换复用型柔性直流输电换流器，属于电力系统高压直流输电技术领域。本实用新型由3个全桥切换式复用型桥臂构成三相交流电的全波换流电路。本实用新型利用3个全桥切换式复用型桥臂实现对三相交流电的全波换流，具有元件少，结构简单，控制简单，成本低，便于推广应用等显著效果。加入全桥切换方式后，使换流器具有限制短路电流的功能，更适用作未来高压直流输电网所需的新型柔性直流输电换流器。本实用新型可广泛应用于高压直流输电中，是理想的新型换流器。

Description

半桥链加全桥切换复用型柔性直流输电换流器

技术领域

本实用新型属电力系统高压直流输电技术领域，具体涉及高压直流输电的换流器结构。 

背景技术

此处随着电力系统的不断发展，高压直流输电也随之发展，高压直流输电网与交流输电网的联网运行也势必得到发展。高压直流输电通过换流器将交流电变换成直流后，经长距离高压直流输电线路输送到受电端，再通过换流器将直流电变换成交流电供用户使用。因此高压直流输电的换流器是高压直流输电不可缺少的重要组成部分之一。为了提高电力系统的输电效率，降低无功损耗，保证电力系统的安全、稳定、可靠运行，提高对用户供电的可到性，研制高压直流输电换流器有很重要的意义。 

现有的半桥链型电路高压柔性直流输电换流器，如申请号为201220690818.7的“半桥链复用型柔性直流输电换流器”专利，公开的换流器为一半桥链复用型柔性直流输电换流器。该换流器的主要缺点是： 

当换流器的直流侧的发生短路故障时，直流电压降到零，换流器中所有半导体开关将失去控制特性，退变为简单的二极管。此时，三相交流电源中处于正半周期的各相通过该相的上半桥开关的并联二极管将短路电流导向直流侧的短路故障点。而处于负半周期的各相则通过该相的下半桥开关的并联二极管将短路电流从直流侧的短路故障点导回交流电源侧。因此，这种换流器不具备限制直流侧短路电流的功能。当直流侧发生短路故障时，换流器将直流侧的短路故障扩大到交流侧，从而导致直流高压输电系统故障，降低了对用户的供电可靠性。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有半桥链复用型柔性直流输电换流器的不足之处，提供一种半桥链加全桥切换复用型柔性直流输电换流器，具有限制直流侧短路电流的功能，能避免直流侧的短路故障扩大到交流侧，保证高压直流输电系统的安全、可靠运行，提高对用户的供电可靠性。 

实现本实用新型目的的技术方案是：一种半桥链加全桥切换复用型柔性直流输电换流器，为由3个全桥切换式复用型桥臂构成的三相全波换流电路。 

每个所述的全桥切换式复用型桥臂由1个半桥链型电路和6个半导体开关（即带有反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管或场效应管或门极可关断晶闸管或IGBT）组成，每个所述的全桥切换式复用型桥臂为先将4个所述的半导体开关联接成一个全桥电路，再在所述的全桥电路的直流端口并联1个所述的半桥链型电路构成全桥切换式半桥链型电路。然后在所述全桥切换式半桥链型电路的一个交流端口与交流侧的1个电感的一端相连接，所述电感的另一端与一个交流电源连接。最后，将2个所述的半导体开关顺序串联后，再将其串联点与所述全桥切换式半桥链型电路的另一个交流端口相连接构成所述的全桥切换式复用型桥臂。并将该2个所述的顺序串联的半导体开关的两端与高压直流输电线路的两极并联，用以将交流电变换成直流电进行输送。通过对3个所述全桥切换式复用型桥臂中6个所述半导体开关的控制，3个所述全桥切换式复用型桥臂在正常工作状态下，其全桥电路将半桥链型电路的输出电压极性，根据功率控制要求进行切换，通过另外两个所述的半导体开关联接到相应的直流极性，实现交流和直流的功率交换。其工作原理等效于半桥链复用型柔性直流输电换流器。然而，当直流系统出现短路故障时，所述全桥电路可以快速将半桥链型电路的直流电压的极性切换到与故障电流相反的方向，并将电压控制为交流侧的等值系统电压，使故障电流被限制要求的范围之内。 

每个所述半桥链型电路由2~100个半桥电路组成。每个所述半桥电路由1个电容器和2个半导体开关组成。2个所述半导体开关顺序串联后与1个所述电容器并联。2个所述半导体开关的串联点和1个所述电容器的任意一端（即正极端或负极端）为所述半桥电路的两端，然后将2~100个所述板桥电路的两端顺序串联构成1个所述半桥链型电路。通过所述电容器的正极端或负极端为所述半桥电路的一个连接端，能实现两种不同连接方式的所述半桥链型电路，并且两种方式的所述半桥链型电路效果相同。每个所述半导体开关为带有反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管或场效应管或门极可关断晶闸管或IGBT。通过控制半桥电路的2个开关，每个半桥电路能输出0或者Vc两个电压；半桥链型电路在适当的控制下，能以阶梯电压波的形式模拟任意电压波形。 

本实用新型的工作过程是：当每相中的与直流侧正极相联的开关导通时，与直流侧负极相联的开关则断开。同时，每相中的全桥电路的左下臂及右上臂的开关导通，左上臂及右下臂的开关则断开，将半桥链型电路正向接到直流侧的正极，产生正弦电压波形的正半周期。其电路等效于现有的采用半桥链复用型柔性直流输电换流器通过直流侧正极开关及交流侧负极开关将半桥链型电路与直流侧正极相联的工作状况。相反，当每相中的与直流侧负极相联的开关导通时，与直流侧正极相联的开关则断开。同时，每相中的全桥电路的左上臂及右下臂的开关导通，左下臂及右上臂的开关则断开，将半桥链型电路负向接到直流侧的负极，产生正弦电压波形的负半周期。其电路等效于现有的采用半桥链复用型柔性直流输电换流器通过直流侧负极开关及交流侧的正极开关将半桥链型电路与直流侧负极相联的工作状况。 

当直流系统出现短路故障时，直流系统电压降低到接近于零，换流器的与直流相联的开关将失去控制特性，退变为简单的二极管。但是，各相中的全桥电路依然保持了完整的控制特性。此时，各相中的半桥链型电路可以根据所联接的交流电源电压，输出相应的电压，再由全桥电路切换为与故障电流相反的电压极性接入交流系统，达到控制短路电流的目的。 

本实用新型采用上述技术方案后，主要有以下效果： 

1、本实用新型通过1个全桥切换式复用型桥臂中的6个半导体开关的切换，能实现1个半桥链型电路在交流电的正负半周内重复使用，完成一相交流电的全波换流功能，3个全桥切换式复用型桥臂能实现三相交流电的全波换流功能，具有元减少、结构简单、控制简单、成本低、便于推广应用等显著效果，是理想的高压直流输电换流器；

2、本实用新型与现有半桥链复用型柔性直流输电换流器相比，增加了限制直流短路故障电流的功能。这一重要功能将成为未来构建直流输电网所需的新型柔性高压直流输电换流器的重要的特性之一，更适用作未来高压直流输电网的新型柔性直流换流器。

本实用新型可以广泛应用在高压直流输电中，是理想的新型高压直流输电换流器。 

附图说明

图1为现有半桥链复用型柔性直流输电的原理接线图；

图2为本实用新型原理接线图； 

图3、4为图2中一个半桥链型电路的原理接线图。

图中：1交流电源，2电感，3半导体开关，4半桥链型电路，5高压直流输电线路，6电容器，7半桥电路，8半桥链复用型桥臂，9全桥切换式半桥链型电路，10全桥切换式复用型桥臂。 

具体实施方式

下面结合具体实施方式进一步说明本实用新型。

实施例1

如图2、3所示一种半桥链加全桥切换复用型柔性直流输电换流器，为由3个全桥切换式复用型桥臂10构成的三相全波换流电路。

每个所述的全桥切换式复用型桥臂10由1个半桥链型电路4和6个半导体开关3（即场效应管）组成，每个所述的全桥切换式复用型桥臂为先将4个所述的半导体开关3（即场效应管）联成一个全桥电路，再在所述的全桥电路的直流端口并联1个所述的半桥链型电路4构成全桥切换式半桥链型电路9。然后在所述全桥切换式半桥链型电路9的一个交流端口与交流侧的1个电感2的一端相连接，所述电感2的另一端与一个交流电源1连接。最后，将2个所述的半导体开关3（即场效应管）顺序串联后，再将其串联点与所述全桥切换式半桥链型电路9的另一个交流端口相连接构成所述的全桥切换式复用型桥臂10。并将该2个所述的顺序串联的半导体开关3（即场效应管）的两端与高压直流输电线路5的两极并联，用以将交流电变换成直流电进行输送。通过对3个所述全桥切换式复用型桥臂10中6个所述半导体开关3（即场效应管）的控制，3个所述全桥切换式复用型桥臂10在正常工作状态下，其全桥电路将半桥链型电路4的输出电压极性，根据功率控制要求进行切换，通过另外两个所述的半导体开关3（即场效应管）联接到相应的直流极性，实现交流和直流的功率交换。当直流系统出现短路故障时，所述全桥电路可以快速将半桥链型电路4的直流电压的极性切换到与故障电流相反的方向，并将电压控制为交流侧的等值系统电压，使故障电流被限制要求的范围之内。 

每个所述半桥链型电路4由2个半桥电路7组成。每个所述半桥电路7由1个电容器6和2个半导体开关3（即场效应管）组成。2个所述半导体开关3（即场效应管）顺序串联后与1个所述电容器6并联。2个所述半导体开关3（即场效应管）的串联点和1个所述电容器6的负极端为所述半桥电路7的两端，然后将2个所述板桥电路的两端顺序串联构成1个所述半桥链型电路4。通过控制半桥电路7的2个开关，每个半桥电路7能输出0或者Vc两个电压；半桥链型电路4在适当的控制下，能以阶梯电压波的形式模拟任意电压波形。 

实施例2

如图2、4所示一种半桥链加全桥切换复用型柔性直流输电换流器，同实施例1，其中：

所述的半导体开关3为门极可关断晶闸管；

每个所述半桥链型电路4由50个半桥电路7组成。

实施例3

如图2、3所示一种半桥链加全桥切换复用型柔性直流输电换流器，同实施例1，其中：

所述的半导体开关3为IGBT；

每个所述半桥链型电路4由100个半桥电路7组成。

Claims (1)

1.一种半桥链加全桥切换复用型柔性直流输电换流器，其特征在于所述换流器为由3个全桥切换式复用型桥臂(10)构成三相交流电的全波换流电路；

每个所述的全桥切换式复用型桥臂（10）由一个半桥链型电路（4）和6个半导体开关（3），所述的半导体开关（3）为带有反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管或场效应管或门极可关断晶闸管或IGBT组成，每个所述的全桥切换式复用型桥臂（10）为先将4个所述的半导体开关（3）联接成一个全桥电路，再在所述的全桥电路的直流端口并联1个所述的半桥链型电路（4）构成全桥切换式半桥链型电路（9），然后在所述全桥切换式半桥链型电路（9）的一个交流端口与交流侧1个电感（2）的一端相连接，所述电感（2）的另一端与一个交流电源（1）连接，最后，将2个所述的半导体开关（3）顺序串联后，再将其串联点与所述全桥切换式半桥链型电路（9）的另一个交流端口相连接构成所述全桥切换式复用型桥臂(10)，并将该2个所述的顺序串联开关的半导体（3）的两端与高压直流输电线路（5）的两极并联；

每个所述半桥链型电路（4）由2~100个半桥电路（7）组成，每个所述半桥电路（7）由1个电容器（6）和2个半导体开关（3）组成，2个所述半导体开关（3）顺序串联后与1个所述电容器（6）并联，2个所述半导体开关（3）的串联点和1个所述电容器（6）的任意一端，即正极端或负极端为所述半桥电路（7）的两端，然后将2~100个所述半桥电路（7）的两端顺序串联构成1个所述半桥链型电路（4）。

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