CN208241326U - 一种特高压柔性直流输电换流器装置 - Google Patents

一种特高压柔性直流输电换流器装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种特高压柔性直流输电换流器装置，包括正极高端阀组、正极低端阀组、负极低端阀组和负极高端阀组；正极高端阀组的第一直流端与第一输电线路连接，第二直流端与正极低端阀组的第一直流端连接，正极低端阀组的第二直流端接地；负极低端阀组的第一直流端与正极低端阀组的第二直流端连接，第二直流端与负极高端阀组的第一直流端连接，负极高端阀组的第二直流端与第二输电线路连接；每个阀组的交流端均与三相电源连接；每个阀组的结构相同，均包括3个上桥臂和3个下桥臂；每个桥臂由M个结构相同的全桥功率模块、N个结构相同的半桥功率模块以及电抗器串联组成，M≥4N且M>0。本实用新型能够实现直流线路故障的快速清除。

Description

一种特高压柔性直流输电换流器装置
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种特高压柔性直流输电换流器装置。
背景技术
特高压、远距离、大容量输电是柔性直流输电的重要发展方向，能满足大型能源基地电力外送的需求，将特高压、远距离、大容量的柔性直流输电应用于逆变站，可以提升多直流馈入受端电网的安全、稳定水平。
在特高压、远距离、大容量输电场景下，柔性直流输电需要采用直流架空线作为输电媒介，虽然直流架空线的成本低，但是故障率高，为了提高柔性直流输电系统的可靠性，柔性直流输电系统的换流器需要采用可以清除直流线路故障的拓扑结构。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种特高压柔性直流输电换流器装置，能够实现直流线路故障的快速清除。
为了实现上述目的，本实用新型实施例采用如下技术方案：提供一种特高压柔性直流输电换流器装置，包括正极高端阀组、正极低端阀组、负极低端阀组和负极高端阀组；
所述正极高端阀组的第一直流端与第一输电线路连接，所述正极高端阀组的第二直流端与所述正极低端阀组的第一直流端连接，所述正极低端阀组的第二直流端接地；
所述负极低端阀组的第一直流端与所述正极低端阀组的第二直流端连接，所述负极低端阀组的第二直流端与所述负极高端阀组的第一直流端连接，所述负极高端阀组的第二直流端与第二输电线路连接；
每个阀组的交流端均与三相电源对应连接；
每个阀组的结构相同，均包括3个上桥臂和3个下桥臂；每个上桥臂的一端与相应的阀组的第一直流端连接，另一端与相应的阀组的交流端对应连接；每个下桥臂的一端与相应的阀组的交流端对应连接，另一端与相应的阀组的第二直流端连接；
每个桥臂由M个结构相同的全桥功率模块、N个结构相同的半桥功率模块以及电抗器串联组成；其中，M≥4N且M>0。
与现有技术相比，本实用新型实施例提供了一种特高压柔性直流输电换流器装置，通过在换流器装置中设置结构相同的正极高端阀组、正极低端阀组、负极低端阀组和负极高端阀组，并且使每个阀组的每个桥臂中的全桥功率模块的数量占全桥功率模块和半桥功率模块的总数量的比例不低于80％，能够实现特高压柔性直流输电系统中直流线路故障的快速清除。
作为优选方案，M＝4N。
作为优选方案，所述全桥功率模块包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第一电容和第一电阻；
所述第一开关单元与所述第二开关单元串联，形成第一串联支路；
所述第三开关单元与所述第四开关单元串联，形成第二串联支路；
所述第一串联支路与所述第二串联支路、所述第一电容以及所述第一电阻并联。
作为优选方案，所述第一开关单元由第一开关管和第一二极管并联组成；所述第二开关单元由第二开关管和第二二极管并联组成；所述第三开关单元由第三开关管和第三二极管并联组成；所述第四开关单元由第四开关管和第四二极管并联组成。
作为优选方案，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管均为IGBT。
作为优选方案，所述半桥功率模块包括第五开关单元、第六开关单元、第二电容和第二电阻；
所述第五开关单元与所述第六开关单元串联，形成第三串联支路；
所述第三串联支路与所述第二电容以及所述第二电阻并联。
作为优选方案，所述第五开关单元由第五开关管和第五二极管并联组成；所述第六开关单元由第六开关管和第六二极管并联组成。
作为优选方案，所述第五开关管和所述第六开关管均为IGBT。
附图说明
图1是本实用新型提供的一种特高压柔性直流输电换流器装置的一个优选实施例的电路示意图；
图2是本实用新型提供的一种特高压柔性直流输电换流器装置的全桥功率模块的一个优选实施例的电路示意图；
图3是本实用新型提供的一种特高压柔性直流输电换流器装置的全桥功率模块的一个优选实施例的电路原理图；
图4是本实用新型提供的一种特高压柔性直流输电换流器装置的半桥功率模块的一个优选实施例的电路示意图；
图5是本实用新型提供的一种特高压柔性直流输电换流器装置的半桥功率模块的一个优选实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1所示，是本实用新型提供的一种特高压柔性直流输电换流器装置的一个优选实施例的电路示意图，包括正极高端阀组10、正极低端阀组20、负极低端阀组30和负极高端阀组40；
所述正极高端阀组10的第一直流端Ud1与第一输电线路连接，所述正极高端阀组10的第二直流端与所述正极低端阀组20的第一直流端连接，所述正极低端阀组20的第二直流端接地；
所述负极低端阀组30的第一直流端与所述正极低端阀组20的第二直流端连接，所述负极低端阀组30的第二直流端与所述负极高端阀组40的第一直流端连接，所述负极高端阀组40的第二直流端Ud2与第二输电线路连接；
每个阀组的交流端均与三相电源对应连接；
每个阀组的结构相同，均包括3个上桥臂和3个下桥臂；每个上桥臂的一端与相应的阀组的第一直流端连接，另一端与相应的阀组的交流端对应连接；每个下桥臂的一端与相应的阀组的交流端对应连接，另一端与相应的阀组的第二直流端连接；
每个桥臂由M个结构相同的全桥功率模块、N个结构相同的半桥功率模块以及电抗器串联组成；其中，M≥4N且M>0。
具体的，特高压柔性直流输电换流器装置可以被分为正极换流器装置和负极换流器装置两部分，其中，正极换流器装置由正极高端阀组10和正极低端阀组20串联组成，由于正极高端阀组10和正极低端阀组20的拓扑结构完全相同，且连接方式为串联，因此可以实现直流电压的平均分配；例如，假设总直流电压为800千伏，那么正极高端阀组10和正极低端阀组20的直流电压相同，均为400千伏；同理，负极换流器装置由负极低端阀组30和负极高端阀组40串联组成，并且同样可以实现直流电压的平均分配。
由于正极高端阀组10、正极低端阀组20、负极低端阀组30和负极高端阀组40的拓扑结构完全相同，下面以正极高端阀组10的拓扑结构为例进行具体说明：
如图1所示，正极高端阀组10包括3个上桥臂和3个下桥臂，电抗器Ls1所在的第一上桥臂的一端与正极高端阀组10的第一直流端Ud1连接，另一端与正极高端阀组10的交流端ua连接；电抗器Ls3所在的第二上桥臂的一端与正极高端阀组10的第一直流端Ud1连接，另一端与正极高端阀组10的交流端ub连接；电抗器Ls5所在的第三上桥臂的一端与正极高端阀组10的第一直流端Ud1连接，另一端与正极高端阀组10的交流端uc连接；电抗器Ls2所在的第一下桥臂的一端与正极高端阀组10的交流端ua连接，另一端与正极高端阀组10的第二直流端连接；电抗器Ls4所在的第二下桥臂的一端与正极高端阀组10的交流端ub连接，另一端与正极高端阀组10的第二直流端连接；电抗器Ls6所在的第三下桥臂的一端与正极高端阀组10的交流端uc连接，另一端与正极高端阀组10的第二直流端连接。
每个桥臂均由M个结构相同的全桥功率模块、N个结构相同的半桥功率模块以及一个电抗器串联组成，并且全桥功率模块的数量M和半桥功率模块的数量N之间满足M≥4N且M＞0，即全桥功率模块的数量占全桥功率模块和半桥功率模块的总数量的比例不低于80％。
可以理解的，一般情况下，每个桥臂中同时包括全桥功率模块和半桥功率模块，例如，若N＝2，则M≥8，即当半桥功率模块的数量为2个时，全桥功率模块的数量至少为8个；若N＝0，则桥臂中只包括全桥功率模块，没有半桥功率模块。
需要说明的是，在换流器装置中设置结构相同的正极高端阀组10、正极低端阀组20、负极低端阀组30和负极高端阀组40，是特高压柔性输电系统为了提高可靠性而采取的一种接线方式。
本实用新型实施例所提供的一种特高压柔性直流输电换流器装置，通过在换流器装置中设置结构相同的正极高端阀组、正极低端阀组、负极低端阀组和负极高端阀组，并且使每个阀组的每个桥臂中的全桥功率模块的数量占全桥功率模块和半桥功率模块的总数量的比例不低于80％，能够实现特高压柔性直流输电系统中直流线路故障的快速清除，同时还能够实现直流系统快速重启动、直流降压运行和阀组在线投退等技术需求，并且在直流线路故障快速清除、直流系统快速重启动、直流降压运行和阀组投退等特殊运行工况下，通过全桥功率模块可以提高换流器的直流电压运行范围。
在另一个优选实施例中，M＝4N。
需要说明的是，M＝4N表示全桥功率模块的数量占全桥功率模块和半桥功率模块的总数量的比例为80％，80％是一个下限值，为了能够实现特高压柔性直流输电系统中直流线路故障的快速清除，全桥功率模块的数量占全桥功率模块和半桥功率模块的总数量的比例不能低于80％。
参见图2所示，是本实用新型提供的一种特高压柔性直流输电换流器装置的全桥功率模块的一个优选实施例的电路示意图，所述全桥功率模块包括第一开关单元101、第二开关单元102、第三开关单元103、第四开关单元104、第一电容C1和第一电阻R1；
所述第一开关单元101与所述第二开关单元102串联，形成第一串联支路；
所述第三开关单元103与所述第四开关单元104串联，形成第二串联支路；
所述第一串联支路与所述第二串联支路、所述第一电容C1以及所述第一电阻R1并联。
需要说明的是，分别从第一串联支路的中点和第二串联支路的中点引出全桥功率模块的正极和负极，用于与桥臂中的其他全桥功率模块、半桥功率模块或电抗器连接。
结合图3所示，是本实用新型提供的一种特高压柔性直流输电换流器装置的全桥功率模块的一个优选实施例的电路原理图，所述第一开关单元101由第一开关管Q1和第一二极管D1并联组成；所述第二开关单元102由第二开关管Q2和第二二极管D2并联组成；所述第三开关单元103由第三开关管Q3和第三二极管D3并联组成；所述第四开关单元104由第四开关管Q4和第四二极管D4并联组成。
在又一个优选实施例中，所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2、所述第三开关管Q3和所述第四开关管Q4均为IGBT。
具体的，第一开关管Q1的集电极与第一二极管D1的阴极连接，第一开关管Q1的发射极与第一二极管D1的阳极连接；第二开关管Q2的集电极与第二二极管D2的阴极连接，第二开关管Q2的发射极与第二二极管D2的阳极连接；第三开关管Q3的集电极与第三二极管D3的阴极连接，第三开关管Q3的发射极与第三二极管D3的阳极连接；第四开关管Q4的集电极与第四二极管D4的阴极连接，第四开关管Q4的发射极与第四二极管D4的阳极连接。
参见图4所示，是本实用新型提供的一种特高压柔性直流输电换流器装置的半桥功率模块的一个优选实施例的电路示意图，所述半桥功率模块包括第五开关单元105、、第二电容C2和第二电阻R2；
所述第五开关单元105与所述第六开关单元106串联，形成第三串联支路；
所述第三串联支路与所述第二电容C2以及所述第二电阻R2并联。
需要说明的是，分别从第六开关单元106的两端引出半桥功率模块的正极和负极，用于与桥臂中的其他半桥功率模块、全桥功率模块或电抗器连接。
结合图5所示，是本实用新型提供的一种特高压柔性直流输电换流器装置的半桥功率模块的一个优选实施例的电路原理图，所述第五开关单元105由第五开关管Q5和第五二极管D5并联组成；所述第六开关单元106由第六开关管Q6和第六二极管D6并联组成。
在又一个优选实施例中，所述第五开关管Q5和所述第六开关管Q6均为IGBT。
具体的，第五开关管Q5的集电极与第五二极管D5的阴极连接，第五开关管Q5的发射极与第五二极管D5的阳极连接；第六开关管Q6的集电极与第六二极管D6的阴极连接，第六开关管Q6的发射极与第六二极管D6的阳极连接。
另外，为了更好的控制全桥功率模块和半桥功率模块的投入或退出，可分别在全桥功率模块和半桥功率模块引出的正极和负极之间并联旁路支路，例如并联开关或晶闸管等，如图3所示，在全桥功率模块引出的正极和负极之间并联了开关W1；如图5所示，在半桥功率模块引出的正极和负极之间并联了开关W2。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种特高压柔性直流输电换流器装置，其特征在于，包括正极高端阀组、正极低端阀组、负极低端阀组和负极高端阀组；
所述正极高端阀组的第一直流端与第一输电线路连接，所述正极高端阀组的第二直流端与所述正极低端阀组的第一直流端连接，所述正极低端阀组的第二直流端接地；
所述负极低端阀组的第一直流端与所述正极低端阀组的第二直流端连接，所述负极低端阀组的第二直流端与所述负极高端阀组的第一直流端连接，所述负极高端阀组的第二直流端与第二输电线路连接；
每个阀组的交流端均与三相电源对应连接；
每个阀组的结构相同，均包括3个上桥臂和3个下桥臂；每个上桥臂的一端与相应的阀组的第一直流端连接，另一端与相应的阀组的交流端对应连接；每个下桥臂的一端与相应的阀组的交流端对应连接，另一端与相应的阀组的第二直流端连接；
每个桥臂由M个结构相同的全桥功率模块、N个结构相同的半桥功率模块以及电抗器串联组成；其中，M≥4N且M>0。
2.如权利要求1所述的特高压柔性直流输电换流器装置，其特征在于，M＝4N。
3.如权利要求1所述的特高压柔性直流输电换流器装置，其特征在于，所述全桥功率模块包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第一电容和第一电阻；
所述第一开关单元与所述第二开关单元串联，形成第一串联支路；
所述第三开关单元与所述第四开关单元串联，形成第二串联支路；
所述第一串联支路与所述第二串联支路、所述第一电容以及所述第一电阻并联。
4.如权利要求3所述的特高压柔性直流输电换流器装置，其特征在于，所述第一开关单元由第一开关管和第一二极管并联组成；所述第二开关单元由第二开关管和第二二极管并联组成；所述第三开关单元由第三开关管和第三二极管并联组成；所述第四开关单元由第四开关管和第四二极管并联组成。
5.如权利要求4所述的特高压柔性直流输电换流器装置，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管均为IGBT。
6.如权利要求1所述的特高压柔性直流输电换流器装置，其特征在于，所述半桥功率模块包括第五开关单元、第六开关单元、第二电容和第二电阻；
所述第五开关单元与所述第六开关单元串联，形成第三串联支路；
所述第三串联支路与所述第二电容以及所述第二电阻并联。
7.如权利要求6所述的特高压柔性直流输电换流器装置，其特征在于，所述第五开关单元由第五开关管和第五二极管并联组成；所述第六开关单元由第六开关管和第六二极管并联组成。
8.如权利要求7所述的特高压柔性直流输电换流器装置，其特征在于，所述第五开关管和所述第六开关管均为IGBT。
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