CN208078912U - 一种降容电路和模块化多电平换流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种降容电路和包括降容电路的模块化多电平换流器，降容电路包括桥臂电抗L1、桥臂电抗L2和投切电路，投切电路包括反并联的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括多个串联的晶闸管，模块化多电平换流器的每个桥臂均包括降容电路和多个子模块，多个子模块串联后，与降容电路串联。本实用新型在满足子模块电容电压的波动幅值设计要求的前提下降低了子模块电容的容值，调节范围大且降容效果显著，通过分配上下桥臂的电抗值，改变桥臂原有能量分布，进而改变每个子模块在能量传递过程中的电容电压波形，有效降低传输相同有功功率时子模块电容电压的振荡幅值，从而降低了模块化多电平换流器中子模块电容容值。
Description
技术领域
本实用新型涉及直流输电技术领域，具体涉及一降容电路以及包括降容电路的模块化多电平换流器。
背景技术
柔性直流输电技术主要采用电压源型换流器，该型换流器中的电力电子器件具有低惯性、四象限运行、潮流灵活控制等优点。柔性直流输电技术中的电压源换流器最常用的结构为模块化多电平换流器，模块化多电平换流器的优点包括：1)结构的模块化使系统易于扩展，从而实现更高的电压等级，方便构建的冗余结构也提高了系统的可靠性；2)开关频率低，降低了开关损耗；3)可以产生更多的电平数，波形质量高，无需安装交流滤波器；4)无需采用功率开关器件直接串联成阀来提高电压等级，对器件的要求降低，制造难度下降。
由于模块化多电平换流器具有上述诸多优点，其得到了越来越多的重视，主要应用在高压、特高压直流输电领域。模块化多电平换流器的直流侧电压是通过控制相应的电力电子器件从而投入的子模块电容电压支撑起来的，其体积由子模块的个数和每个子模块的体积决定，子模块中储存能量的电容占80％子模块体积。随着输电电压等级和输送容量越来越高，除了考虑模块化多电平换流器的稳定性等共性的问题，由于子模块电容容量的不断增大造成的体积增大，从而使模块化多电平换流器占地增大的问题亦变得非常突出。并且对于子模块来说，电容的造价占到不小的比例。为了保持电容的纹波在一定范围，即降低模块化多电平换流器中电容的容值，目前主要是通过二次系统的控制策略向每个桥臂电流注入环流，通过改变子模块的充放电过程，调整每个子模块电容电压波形，从而降低模块化多电平换流器中电容的容值。但是该方法需要复杂的控制算法产生环流，其调节范围小、效果差与准确度低。
实用新型内容
为了克服上述现有技术中调节范围小、效果差与准确度低的缺陷，本实用新型提供了一降容电路以及包括降容电路的模块化多电平换流器，降容电路包括桥臂电抗L1、桥臂电抗L2和投切电路，桥臂电抗L1与桥臂电抗L2串联，投切电路与桥臂电抗L1并联，投切电路包括反并联的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括多个串联的晶闸管，在满足子模块电容电压的波动幅值设计要求的前提下降低了子模块电容的容值，调节范围大且降容效果显著。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下方案：
一方面，本实用新型提供一种降容电路，包括桥臂电抗L1、桥臂电抗L2和投切电路；
所述桥臂电抗L1与桥臂电抗L2串联，所述投切电路与桥臂电抗L1并联；
所述投切电路包括反并联的第一支路和第二支路，所述第一支路和第二支路均包括多个串联的晶闸管。
所述第一支路和第二支路分别还包括多个均压电路，所述均压电路与晶闸管并联，且均压电路的个数与晶闸管的个数相同。
所述均压电路包括静态均压电路和动态均压电路；
所述静态均压电路包括均压电阻R1，所述动态均压电路包括均压电阻R2和均压电容C1；
所述均压电阻R2和均压电容C1串联后，与均压电阻R1并联。
所述均压电路包括均压电阻R3、均压电容C2和均压二极管VD1；
所述均压电阻R3与均压二极管VD1并联后，与均压电容C2串联；
所述均压二极管VD1的方向与晶闸管的方向相同。
所述桥臂电抗L1的感值远大于桥臂电抗L2的感值。
所述桥臂电抗L1的两端并联避雷器，所述避雷器的保护电压整定值大于正常工况下桥臂电抗L1所承受的最大电压值。
另一方面，本实用新型还提供一种模块化多电平换流器，包括三个上桥臂和三个下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括的降容电路和多个子模块；
所述多个子模块串联后，与降容电路串联。
所述降容电路位于上桥臂和下桥臂的交流侧。
所述子模块包括第一IGBT模块、第二IGBT模块和储能电容；
所述第一IGBT模块和第二IGBT模块串联后，与储能电容并联。
所述第一IGBT模块和第二IGBT模块分别包括IGBT和与IGBT反并联的二极管；
所述储能电容为薄膜电容。
与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果：
本实用新型提供的降容电路包括桥臂电抗L1、桥臂电抗L2和投切电路，桥臂电抗L1与桥臂电抗L2串联，投切电路与桥臂电抗L1并联，投切电路包括反并联的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括多个串联的晶闸管，在满足子模块电容电压的波动幅值设计要求的前提下降低了子模块电容的容值，调节范围大且降容效果显著；
本实用新型提供的模块化多电平换流器中，每个桥臂均包括降容电路和多个子模块，多个子模块串联后，与降容电路串联，通过分配上下桥臂的电抗值，改变桥臂原有能量分布，进而改变每个子模块在能量传递过程中的电容电压波形，有效降低传输相同有功功率时子模块电容电压的振荡幅值，从而降低了模块化多电平换流器中子模块电容容值；
本实用新型提供的模块化多电平换流器中，子模块为半桥型子模块，其包括第一IGBT模块、第二IGBT模块和储能电容，第一IGBT模块和第二IGBT模块串联后，与储能电容并联，不仅节约了成本，且降低了损耗；
本实用新型提供的技术方案不仅能够实现模块化多电平换流器仅运行在整流工况或仅运行在逆变工况下的降容，同时还能够实现模块化多电平换流器同时运行在整流工况和逆变工况下的降容。
附图说明
图1是本实用新型实施例1中降容电路结构图；
图2是本实用新型实施例2中模块化多电平换流器结构图；
图3是本实用新型实施例2中子模块结构示意图；
图4是本实用新型实施例2中模块化多电平换流器仅运行在整流工况下降容电路降容原理图；
图5是本实用新型实施例2中模块化多电平换流器仅运行在逆变工况下降容电路降容原理图。
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。
实施例1
本实用新型实施例1提供一种降容电路，该降容电路的具体结构图如图1所示，图1中，T11、……、T1n以及T21、……、T2m均为晶闸管，n表示第一支路中晶闸管的个数，m表示第二支路中晶闸管的个数，降容电路包括桥臂电抗L1、桥臂电抗L2和投切电路；
其中桥臂电抗L1与桥臂电抗L2串联，且投切电路与桥臂电抗L1并联；
上述的投切电路包括反并联的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括多个串联的晶闸管，具体地，第一支路中所有的晶闸管方向相同，第二支路中所有的晶闸管方向相同，且第一支路中所有的晶闸管方向与第二支路中所有的晶闸管方向相反。第一支路中的晶闸管的个数可以和第二支路中晶闸管的个数相同，也可以不同，即n＝m或n≠m。
上述第一支路和第二支路中的晶闸管串联方式连接，提高了整体耐受电压等级，其晶闸管冗余配置，在一条支路由于器件损坏导致失效时启用另一条支路，冗余支路在正常工作时一直处于冷备用状态以降低损耗。
上述的第一支路和第二支路分别还包括多个均压电路，每个晶闸管两端并联一个均压电路，且均压电路的个数等于第一支路中的晶闸管的个数与第二支路中晶闸管的个数之和。
上述的均压电路可以有如下两种结构：
1)结构一：包括静态均压电路和动态均压电路；
其中的静态均压电路包括均压电阻R1，动态均压电路包括均压电阻R2和均压电容C1；
其中的均压电阻R2和均压电容C1串联后，与均压电阻R1并联。
2)结构二：包括均压电阻R3、均压电容C2和均压二极管VD1；
其中的均压电阻R3与均压二极管VD1并联后，与均压电容C2串联；
其中的均压二极管VD1的方向与晶闸管的方向相同。
由于上述桥臂电抗L1起到重新分配上下桥臂电流的作用，所以桥臂电抗L1的感值远大于桥臂电抗L2的感值。在桥臂电抗L1被旁路后，桥臂电抗L2起到抑制环流的作用，桥臂电抗L1与桥臂电抗L2的感值之和应等于未经过降容改造的模块化多点平换流器的桥臂电抗值。
桥臂电抗L1的两端并联避雷器，以保护投切子模块内部的晶闸管阀组免受操作过电压的损坏，避雷器的保护电压整定值大于正常工况下桥臂电抗L1所承受的最大电压值。
实施例2
本实用新型实施例2提供一种模块化多电平换流器，具体结构图如图2所示，图2中，SM表示子模块，LSM表示降容电路，其包括三个上桥臂和三个下桥臂，上桥臂和下桥臂均包括的降容电路和多个子模块；多个子模块串联后，与降容电路串联。且降容电路位于上桥臂和下桥臂的交流侧。
如图3所示，子模块为半桥型子模块，其包括第一IGBT模块、第二IGBT模块和储能电容C；
第一IGBT模块和第二IGBT模块串联后，与储能电容C并联。
其中的第一IGBT模块IGBT和1与IGBT1反并联的二极管D1；
其中的第二IGBT模块包括IGBT2和与IGBT2反并联的二极管D2；
其中的储能电容C为薄膜电容。
图4是本实用新型实施例2中模块化多电平换流器运行在整流工况下降容电路降容原理图，模块化多电平换流器仅运行在整流工况下，可以实现模块化多电平换流器的降容运行。具体地，当模块化多电平换流器运行在整流工况下时，模块化多电平换流器中所有桥臂中的晶闸管T21、…、T2m一直处于闭锁状态，模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块个数小于相单元中子模块总个数的一半时，触发该上桥臂中与桥臂电抗并联的所有晶闸管T11、…、T1n，并闭锁下桥臂中与桥臂电抗并联的所有与晶闸管T11、…、T1n方向一致的晶闸管，此时模块化多电平换流器即运行在电容电压纹波降低状态，实现了降容的目的。
图5是本实用新型实施例2中模块化多电平换流器仅运行在逆变工况下降容电路降容原理图，模块化多电平换流器仅运行在逆变工况下，可以实现模块化多电平换流器的降容运行。具体地，当模块化多电平换流器仅运行在逆变工况下时，模块化多电平换流器中所有桥臂中的晶闸管T11、…、T1n一直处于闭锁状态，模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块个数小于相单元中子模块总个数的一半时，触发该上桥臂中与桥臂电抗并联的所有晶闸管T21、…、T2m，并闭锁下桥臂中与桥臂电抗并联的所有与晶闸管T21、…、T2m方向一致的晶闸管，此时模块化多电平换流器即运行在电容电压纹波降低状态，同样实现了降容的目的。
若该模块化多电平换流器运行在整流和逆变两种工况时，需要采用图1中降容电路以满足降容运行的要求。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种降容电路，其特征在于，包括桥臂电抗L1、桥臂电抗L2和投切电路；
所述桥臂电抗L1与桥臂电抗L2串联，所述投切电路与桥臂电抗L1并联；
所述投切电路包括反并联的第一支路和第二支路，所述第一支路和第二支路均包括多个串联的晶闸管。
2.根据权利要求1所述的降容电路，其特征在于，所述第一支路和第二支路分别还包括多个均压电路，所述均压电路与晶闸管并联，且均压电路的个数与晶闸管的个数相同。
3.根据权利要求2所述的降容电路，其特征在于，所述均压电路包括静态均压电路和动态均压电路；
所述静态均压电路包括均压电阻R1，所述动态均压电路包括均压电阻R2和均压电容C1；
所述均压电阻R2和均压电容C1串联后，与均压电阻R1并联。
4.根据权利要求2所述的降容电路，其特征在于，所述均压电路包括均压电阻R3、均压电容C2和均压二极管VD1；
所述均压电阻R3与均压二极管VD1并联后，与均压电容C2串联；
所述均压二极管VD1的方向与晶闸管的方向相同。
5.根据权利要求1所述的降容电路，其特征在于，所述桥臂电抗L1的感值远大于桥臂电抗L2的感值。
6.根据权利要求1所述的降容电路，其特征在于，所述桥臂电抗L1的两端并联避雷器，所述避雷器的保护电压整定值大于正常工况下桥臂电抗L1所承受的最大电压值。
7.一种模块化多电平换流器，其特征在于，包括三个上桥臂和三个下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括如权利要求1-6任一所述的降容电路和多个子模块；
所述多个子模块串联后，与降容电路串联。
8.根据权利要求7所述的模块化多电平换流器，其特征在于，所述降容电路位于上桥臂和下桥臂的交流侧。
9.根据权利要求7所述的模块化多电平换流器，其特征在于，所述子模块包括第一IGBT模块、第二IGBT模块和储能电容；
所述第一IGBT模块和第二IGBT模块串联后，与储能电容并联。
10.根据权利要求9所述的模块化多电平换流器，其特征在于，所述第一IGBT模块和第二IGBT模块分别包括IGBT和与IGBT反并联的二极管；
所述储能电容为薄膜电容。
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| CN201820087232.9U CN208078912U (zh) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | 一种降容电路和模块化多电平换流器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111711350A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-09-25 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种mmc换流阀运行可靠性提升方法 |
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2018
- 2018-01-19 CN CN201820087232.9U patent/CN208078912U/zh active Active
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