用于連接多條交流線路的多端口換流裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種用于連接多條交流線路的多端口換流裝置，屬于電力電子功率變換領域。本發明專利技術的多端口換流裝置包含N個全橋模塊化多電平換流器和N臺單相高頻變壓器，每個全橋模塊化多電平換流器的兩個高頻交流線端與對應的單相高頻變壓器原邊繞組的兩個線端相連接，所有的單相高頻變壓器副邊繞組的兩個線端并聯連接在一起，每個全橋模塊化多電平換流器的工頻交流三相線端構成所述的用于連接多條交流線路的多端口換流裝置的一端三相交流輸入接口。通過本發明專利技術的多端口換流裝置可以連接多條交流線路，并可以調節多條交流線路之間的潮流分配和故障隔離，通過使用高頻變壓器實現電壓匹配和電氣隔離，可以大幅減小多端口換流裝置的體積和重量。

Multi port commutation device for connecting a plurality of AC lines

The invention relates to a multi port commutation device used for connecting a plurality of AC lines, belonging to the field of power electronic power conversion. The invention of the multi port device includes a N converter full bridge modular multilevel converter and single-phase N high frequency transformer, single-phase high-frequency transformer primary winding of each full bridge modular multilevel converter two high frequency AC line ends and the two line is connected, two wire single-phase high frequency transformer secondary winding all end are connected in parallel, each line AC three-phase full bridge modular multilevel converter is used to form the multi port is connected with a plurality of AC line commutation device is a three-phase AC input interface. Flow device can be connected to a plurality of communication lines through the multi port of the invention can change, and the distribution of power flow and fault isolation between regulated AC lines, through the use of high frequency transformer, electrical isolation and voltage, volume and weight can significantly reduce the multi port converter device.

【技術實現步驟摘要】
用于連接多條交流線路的多端口換流裝置
本專利技術屬于電力電子功率變換領域，特別涉及一種用于連接多條交流線路的多端口換流裝置。
技術介紹
隨著電網規模的不斷發展，通常采取分區運行的方式以優化電網結構和提高電網的安全穩定運行水平，分區電網間潮流的快速靈活控制也已顯得非常必要。但是在用電負荷不斷快速增長的情況下，分區電網直接通過交流線路連接會受到安全穩定和短路容量等因素的限制。對于配電網的環網供電，合環運行后也會導致因此合環線路短路電流劇增，短路容量過大。如果通過一個多端口換流裝置的每個端口接入一條三相交流線路，可以通過多端接口換流裝置調節多條交流線路之間的潮流分配，并實現多條交流線路之間的故障隔離。隨著柔性直流輸電技術的發展，目前一種技術是通過柔性直流技術實現分區間互聯，各交流線路各接入一個電壓源換流器，多個電壓源換流器的直流母線背靠背連接在一起形成公共直流鏈，通過直流鏈實現各三相交流線路的有功功率傳輸。通過電壓源換流器的隔離也能夠限制分區互聯后的短路電流。但是，對這種基于直流鏈互聯的方式，各個電壓源換流器與交流線路之間一般需要通過工頻變壓器連接，以實現電壓的匹配和電氣隔離。由于每個端口都需要一臺工頻變壓器，將造成多端口換流裝置十分笨重，體積也將十分龐大，并帶來工頻振動和噪聲等問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提出一種用于連接多條交流線路的多端口換流裝置，針對現有技術缺陷，在發生直流短路故障時，通過高頻交流鏈的方式連接各端口的電壓源換流器，使用高頻變壓器實現電壓匹配和電氣隔離，減小多端口換流裝置的體積和重量，實現高功率密度和高效率的多端口換流裝置。本專利技術提出的用于連接多條交流線路的多端口換流裝置，包括N個全橋模塊化多電平換流器101和N臺單相高頻變壓器102；所述的N個全橋模塊化多電平換流器的兩個高頻交流線端分別與所述的N臺單相高頻變壓器的原邊繞組的兩個線端相連接；N臺單相高頻變壓器的副邊繞組的兩個線端并聯連接在一起；N個全橋模塊化多電平換流器的工頻交流三相線端構成用于連接多條交流線路的多端口換流裝置N個端口的三相交流輸入接口。上述用于連接多條交流線路的多端口換流裝置中，所述的全橋模塊化多電平換流器，包括三個上換流橋臂201、三個下換流橋臂202、兩組三臺濾波電抗器203；所述的三個上換流橋臂的三個負極端分別連接到第一組三臺濾波電抗器LA1、LB1和LC1的一端，三個下換流橋臂正極端分別連接到第二組三臺濾波電抗器LA2、LB2和LC2的一端，第一組三臺濾波電抗器LA1、LB1、LC1的另一端分別與第二組三臺濾波電抗器LA2、LB2和LC2的另一端連接后作為模塊化多電平換流器的工頻交流三相線端A、B、C；所述的三個上換流橋臂的正極端連接到一起構成模塊化多電平換流器的一個高頻交流線端HF1；所述的三個下換流橋臂的負極端連接到一起構成模塊化多電平換流器的另一個高頻交流線端HF2。上述用于連接多條交流線路的多端口換流裝置中，所述的上換流器橋臂和下換流橋臂的結構相同，由多個相同的全橋功率模塊采用串聯連接，形成換流橋臂的一個正極端+和一個負極端-。上述用于連接多條交流線路的多端口換流裝置中，所述的全橋功率模塊，由第一半導體開關S1、第二半導體開關S2、第三半導體開關S3、第四半導體開關S4、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、直流電容組成CD；所述的第一半導體開關S1的發射極、第一二極管D1的陽極、第二半導體開關S2的集電極和第二二極管D2的陰極相互連接后構成全橋功率模塊的第一端子T1；所述的第三半導體開關S3的發射極、第三二極管D3的陽極、第四半導體開關S4的集電極和第四二極管D4的陰極相互連接后構成全橋功率模塊的第二端子T2；所述的第一半導體開關S1的集電極、第一二極管D1的陰極、第三半導體開關S3的集電極、第三二極管D3的陰極和直流電容CD的正極相互連接；所述的第二半導體開關S2的發射極、第二二極管D2的陽極、第四半導體開關S4的發射極、第四二極管D4的陽極和直流電容CD的負極相互連接。本專利技術提出的用于連接多條交流線路的多端口換流裝置，其優點是：本專利技術裝置通過高頻交流鏈的方式連接各端口的電壓源換流器，使用高頻變壓器實現電壓匹配和電氣隔離，可以大幅減小多端口換流裝置的體積和重量，實現高功率密度和高效率的多端口換流裝置。通過本專利技術提出的用于連接多條交流線路的多端口換流裝置，可以調節多條交流線路之間的潮流分配，實現多條交流線路相互間的有功功率支撐，并實現多條交流線路之間的故障隔離，提高供電的可靠性和經濟性。附圖說明圖1是本專利技術的用于連接多條交流線路的多端口換流裝置的電路原理圖。圖2是圖1所示的多端口換流裝置中全橋模塊化多電平換流器的電路原理圖。圖3是圖2所示的上換流橋臂和下換流橋臂的電路原理圖。圖4是圖3所示的上換流橋臂和下換流橋臂電路中全橋功率模塊的電路原理圖。圖5是本專利技術的用于連接多條交流線路的多端口換流裝置的全橋模塊化多電平換流器的運行原理圖。具體實施方式本專利技術提出的用于連接多條交流線路的多端口換流裝置，其電路原理圖如圖1所示，包括N個全橋模塊化多電平換流器101和N臺單相高頻變壓器102；所述的N個全橋模塊化多電平換流器的兩個高頻交流線端分別與所述的N臺單相高頻變壓器的原邊繞組的兩個線端相連接；N臺單相高頻變壓器的副邊繞組的兩個線端并聯連接在一起；N個全橋模塊化多電平換流器的工頻交流三相線端構成用于連接多條交流線路的多端口換流裝置N個端口的三相交流輸入接口。上述用于連接多條交流線路的多端口換流裝置中的全橋模塊化多電平換流器，其電路原理圖如圖2所示，包括三個上換流橋臂201、三個下換流橋臂202、兩組三臺濾波電抗器203；所述的三個上換流橋臂的三個負極端分別連接到第一組三臺濾波電抗器LA1、LB1和LC1的一端，三個下換流橋臂正極端分別連接到第二組三臺濾波電抗器LA2、LB2和LC2的一端，第一組三臺濾波電抗器LA1、LB1、LC1的另一端分別與第二組三臺濾波電抗器LA2、LB2和LC2的另一端連接后作為模塊化多電平換流器的工頻交流三相線端A、B、C；所述的三個上換流橋臂的正極端連接到一起構成模塊化多電平換流器的一個高頻交流線端HF1；所述的三個下換流橋臂的負極端連接到一起構成模塊化多電平換流器的另一個高頻交流線端HF2。其中的上換流器橋臂和下換流橋臂的結構相同，其電路原理圖如圖3所示，由多個相同的全橋功率模塊采用串聯連接，形成換流橋臂的一個正極端+和一個負極端-。上述全橋功率模塊，其電路原理圖如圖4所示，由第一半導體開關S1、第二半導體開關S2、第三半導體開關S3、第四半導體開關S4、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、直流電容組成CD；所述的第一半導體開關S1的發射極、第一二極管D1的陽極、第二半導體開關S2的集電極和第二二極管D2的陰極相互連接后構成全橋功率模塊的第一端子T1；所述的第三半導體開關S3的發射極、第三二極管D3的陽極、第四半導體開關S4的集電極和第四二極管D4的陰極相互連接后構成全橋功率模塊的第二端子T2；所述的第一半導體開關S1的集電極、第一二極管D1的陰極、第三半導體開關S3的集電極、第三二極管D3的陰極和直流電容CD的正極本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于連接多條交流線路的多端口換流裝置，其特征在于，包括N個全橋模塊化多電平換流器101和N臺單相高頻變壓器102；所述的N個全橋模塊化多電平換流器的兩個高頻交流線端分別與所述的N臺單相高頻變壓器的原邊繞組的兩個線端相連接；N臺單相高頻變壓器的副邊繞組的兩個線端并聯連接在一起；N個全橋模塊化多電平換流器的工頻交流三相線端構成用于連接多條交流線路的多端口換流裝置N個端口的三相交流輸入接口。

【技術特征摘要】
1.一種用于連接多條交流線路的多端口換流裝置，其特征在于，包括N個全橋模塊化多電平換流器101和N臺單相高頻變壓器102；所述的N個全橋模塊化多電平換流器的兩個高頻交流線端分別與所述的N臺單相高頻變壓器的原邊繞組的兩個線端相連接；N臺單相高頻變壓器的副邊繞組的兩個線端并聯連接在一起；N個全橋模塊化多電平換流器的工頻交流三相線端構成用于連接多條交流線路的多端口換流裝置N個端口的三相交流輸入接口。2.如權利要求1所述的用于連接多條交流線路的多端口換流裝置，其特征在于，其中所述的全橋模塊化多電平換流器，包括三個上換流橋臂201、三個下換流橋臂202、兩組三臺濾波電抗器203；所述的三個上換流橋臂的三個負極端分別連接到第一組三臺濾波電抗器LA1、LB1和LC1的一端，三個下換流橋臂正極端分別連接到第二組三臺濾波電抗器LA2、LB2和LC2的一端，第一組三臺濾波電抗器LA1、LB1、LC1的另一端分別與第二組三臺濾波電抗器LA2、LB2和LC2的另一端連接后作為模塊化多電平換流器的工頻交流三相線端A、B、C；所述的三個上換流橋臂的正極端連接到一起構成模塊化多電平換流器的一個高頻交流線端HF1；所述的三個下換流橋臂的負極端連接到一起構成模塊化多電平...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋強，曾嶸，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京,11