CN204145305U - 一种应用于高压直流输电的新型dc-ac-dc换流器 - Google Patents

一种应用于高压直流输电的新型dc-ac-dc换流器 Download PDF

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宋江峰
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Abstract

本实用新型提供了一种应用于高压直流输电的新型DC-AC-DC换流器，所述换流器包括输入端模块化多电平变换器、高频变压器和输出端交替桥臂导通多电平变换器。模块化多电平变换器实现直流变换成交流功能，高频变压器实现能量传输和隔离功能，交替桥臂导通多电平变换器实现交流转换成直流功能。该新型DC-AC-DC换流器电压等级高，传输容量大，可扩展性强，谐波含量低，开关损耗较低，具有较强的抵抗故障能力；可有效对换流站两侧进行电气隔离。

Description

一种应用于高压直流输电的新型DC-AC-DC换流器
技术领域
本实用新型涉及一种DC/AC/DC换流器，应用于高压直流输电系统中，属于发输变电技术领域。
背景技术
高压直流输电在太阳能、风能等新能源发电并网中有着广阔的发展前景，DC/AC/DC变换器是构成高压直流输电系统的关键设备之一。
DC/AC/DC变换器主要作用包括：(1)实现不同电压等级的直流电网联接；(2)可以实现不同系统之间的电气隔离；(3)能量流动方向双向可控；(4)不需要无功补偿设备。
与传统的两电平或三电平电压源变换器技术相比，基于MMC和AAMC技术的DC/AC/DC换流器有以下优点：(1)模块化设计，便于换流站扩容。(2)各子模块的IGBT开关频率较低，总的开关损耗较小。(3)换流器输出电压谐波含量少，无需交流滤波器。(4)显著的直流故障处理能力。(5)减小了换流站的重量和体积，方便运输和安装，提高了高压直流输电系统的建设效率。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，应用于高压直流输电系统的不同电压等级之间变换问题。
为了实现上述实用新型的目的，本实用新型采取如下技术方案：
提供了基于模块化多电平变换器(MMC)、高压变频器和交替桥臂导通多电平变换器(AAMC)拓扑结构的新型DC-AC-DC换流器。
换流器的DC-AC端采用模块化多电平变换器(MMC)构成，AC-DC端采用交替桥臂导通多电平变换器(AAMC)构成。DC-AC端与AC-DC端采用高频变压器联接。
所述的换流器DC-AC端采用三相结构，每相由上、下桥臂组成，上、下桥臂分别由多个子模块与一个电感串联组成，上、下桥臂子模块的个数相同。
所述的MMC子模块由两个IGBT开关管、一个直流电容器组成。其中，两个IGBT开关管串联，直流电容与串联后的IGBT开关管并联。第二个IGBT的集电极引出子模块的输入端，其发射极引出子模块的输出端。
所述的高频变压器为双向、三绕组、大功率高频变压器。
所述的换流器AC-DC端采用三相结构，每相由上、下桥臂组成，上、下桥臂分别由多个子模块、一个电感和直接开关组成。其中，上、下桥臂的子模块个数相同，上、下桥臂的直接开关个数相同。
所述的直接开关是由多个IGBT开关管串联组成。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型提供的新型DC-AC-DC换流器，电压等级高，传输容量大，可扩展性强，谐波含量低，开关损耗较低，具有较强的抵抗故障能力。
2、本实用新型采用高压变频器，可有效对换流站两侧进行电气隔离。
附图说明
图1是基于模块化多电平变换器、高频变压器和交替桥臂导通多电平变换器的DC-AC-DC换流器结构图。
图2是子模块结构图。
图3是直接开关结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1，本实用新型提供了一种基于模块化多电平变换器、高压变频器和交替桥臂导通多电平变换器拓扑结构的新型DC-AC-DC换流器。
DC-AC端采用模块化多电平变换器拓扑结构，将直流电转换成交流电，送到高频变压器。模块化多电平变换器采用三相结构，每相由上、下桥臂组成，上、下桥臂分别由多个子模块与一个电感串联组成，上、下桥臂子模块的个数相同。
MMC子模块由两个IGBT开关管、一个直流电容器组成。其中，两个IGBT开关管串联，直流电容与串联后的IGBT开关管并联。第二个IGBT的集电极引出子模块的输入端，其发射极引出子模块的输出端。
模块化多电平变换器输出端与输入端电压的数学表达式为：
U j = m U DC 2
式中，Uj是交流侧输出相电压；j取值为a，b，c；m是调制比；UDC是输入端直流侧母线电压。
高频变压器为三相三绕组、大功率高频变压器，实现DC-AC与AC-DC之间的能量传递。
AC-DC端采用交替桥臂导通多电平变换器拓扑结构，将交流电转换成直流电，送到高压直流母线。
交替桥臂导通多电平变换器采用三相结构，每相由上、下桥臂组成，上、下桥臂分别由多个子模块、一个电感和直接开关组成。其中，上、下桥臂的子模块个数相同，上、下桥臂的直接开关个数相同，子模块与MMC端的子模块结构相同，直接开关是由多个IGBT开关管串联组成。
交替桥臂导通多电平变换器在最优状况下，输入与输出端电压的数学表达式为：
U DC = π U j 2
式中，Uj是交流侧输入相电压；j取值为a，b，c；UDC是输出端直流侧母线电压。

Claims (2)

1.一种应用于高压直流输电的新型DC-AC-DC换流器，其特征在于：所述换流器的DC-AC端采用模块化多电平变换器构成，模块化多电平变换器由三相构成，每相由上、下桥臂组成，上、下桥臂分别由多个子模块与一个电感串联组成，上、下桥臂子模块的个数相同，子模块由两个IGBT开关管、一个直流电容器组成，其中，两个IGBT开关管串联，直流电容与串联后的IGBT开关管并联，第二个IGBT的集电极引出子模块的输入端，其发射极引出子模块的输出端；所述换流器的AC-DC端采用交替桥臂导通多电平变换器构成，交替桥臂导通多电平变换器由三相构成，每相由上、下桥臂组成，上、下桥臂分别由多个子模块、一个电感和直接开关组成，上、下桥臂的子模块个数相同，上、下桥臂的直接开关个数相同，直接开关是由多个IGBT开关管串联组成；所述换流器的DC-AC端与AC-DC端采用高频变压器联接。 
2.如权利要求1所述的一种应用于高压直流输电的新型DC-AC-DC换流器，其特征在于：所述高频变压器是双向、三绕组、大功率高频变压器。 
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