一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括三個(gè)相單元，每個(gè)相單元均包括上橋臂和下橋臂，每個(gè)相單元的上橋臂和下橋臂均包括串聯(lián)的電抗器和多個(gè)子模塊，所述多個(gè)子模塊中的部分子模塊為第一子模塊，其余子模塊為第二子模塊，且每個(gè)第一子模塊均包括引導(dǎo)晶體管和抵消電容，所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括控制單元，其用于判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)直流故障，以及在判斷系統(tǒng)出現(xiàn)直流故障時(shí)控制每個(gè)第一子模塊中的引導(dǎo)晶體管關(guān)斷，以使故障電流流經(jīng)每個(gè)第一子模塊的抵消電容后流入故障點(diǎn)，從而抑制故障電流。本發(fā)明專利技術(shù)能夠在發(fā)生直流故障時(shí)有效地減小故障電流，避免燒毀其中的電子器件。

Topology structure of a flexible HVDC system

The invention provides a flexible DC transmission system topology, including three phase units, each unit includes a bridge arm and the lower arm, upper arm and the lower bridge arm of each phase unit are including series reactor and multi sub modules, sub modules of the plurality of sub modules for the first the sub module, the remaining sub module into second sub modules, and each of the first sub module includes guide and offset the transistor capacitance, the topology structure also includes a control unit, which is used for judging whether there is fault and DC system, DC fault control and guide the first transistor of each sub module of the shutdown in judge system offset capacitor to make the fault current flowing through each of the first sub module into the fault point, to suppress the fault current. The invention can effectively reduce the fault current when the DC fault occurs, so as to avoid burning the electronic device in the device.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
本專利技術(shù)涉及柔性直流輸配電
，具體涉及一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
柔性直流輸電技術(shù)是構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要組成部分。與傳統(tǒng)輸電方式相比，柔性直流輸電在孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造、交流系統(tǒng)互聯(lián)、大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)等方面具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是改變大電網(wǎng)發(fā)展格局的戰(zhàn)略選擇。模塊化多電平換流器(MMC,ModularMultilevelConverter)因具備開(kāi)關(guān)頻率低、損耗小等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于柔性直流輸電系統(tǒng)，是目前比較主流的柔性直流輸電換流器結(jié)構(gòu)之一。MMC一般由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊(SM,Sub-module)級(jí)聯(lián)構(gòu)成。目前，用于構(gòu)成MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的子模塊主要有H-MMC(半橋子模塊)、F-MMC(全橋子模塊)和C-MMC(箝位雙子模塊)三種。其中，半橋子模塊因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率器件少、控制算法易于實(shí)現(xiàn)、損耗小和系統(tǒng)效率高等優(yōu)勢(shì)而在換流器中得到廣泛應(yīng)用。但是，半橋子模塊級(jí)聯(lián)形成的MMC無(wú)法有效閉鎖直流故障，因此，一旦發(fā)生直流故障，勢(shì)必會(huì)燒毀其中的IGBT和二極管等電子器件，從而造成極大的損失。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述缺陷，提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠在發(fā)生直流故障時(shí)有效地減小故障電流，避免燒毀其中的電子器件。解決本專利技術(shù)技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：本專利技術(shù)提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括三個(gè)相單元，每個(gè)相單元均包括上橋臂和下橋臂，每個(gè)相單元的上橋臂和下橋臂均包括串聯(lián)的電抗器和多個(gè)子模塊，所述多個(gè)子模塊中的部分子模塊為第一子模塊，其余子模塊為第二子模塊，且每個(gè)第一子模塊均包括引導(dǎo)晶體管和抵消電容，所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括控制單元，其用于判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)直流故障，以及在判斷系統(tǒng)出現(xiàn)直流故障時(shí)控制每個(gè)第一子模塊中的引導(dǎo)晶體管關(guān)斷，以使故障電流流經(jīng)每個(gè)第一子模塊的抵消電容后流入故障點(diǎn)，從而抑制故障電流。優(yōu)選地，所述第一子模塊還包括第一半橋電路和第二半橋電路，且第一半橋電路和第二半橋電路中均含有抵消電容，第一半橋電路、第二半橋電路和引導(dǎo)晶體管彼此連接。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一半橋電路包括晶體管VT11及與其反向并聯(lián)的二極管VD11、晶體管VT12及與其反向并聯(lián)的二極管VD12，以及作為抵消電容的電容C11，晶體管VT11和晶體管VT12串聯(lián)，電容C11與二者并聯(lián)；所述第二半橋電路包括晶體管VT13及與其反向并聯(lián)的二極管VD13、晶體管VT14及與其反向并聯(lián)的二極管VD14，以及作為抵消電容的電容C12，晶體管VT13和晶體管VT14串聯(lián)，電容C12與二者并聯(lián)；每個(gè)第一子模塊還包括連接在第一半橋電路的電容C11的正極和第二半橋電路的電容C12的負(fù)極之間的二極管VD16；所述控制單元具體用于在判斷出現(xiàn)直流故障時(shí)控制每個(gè)第一子模塊的引導(dǎo)晶體管關(guān)斷，以使故障電流依次流經(jīng)每個(gè)第一子模塊的二極管VD13、電容C12、二極管VD16、電容C11和二極管VD12后，流入故障點(diǎn)。優(yōu)選地，所述控制單元還用于在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)控制每個(gè)第一子模塊的引導(dǎo)晶體管始終導(dǎo)通。優(yōu)選地，所述控制單元還用于在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，通過(guò)控制每個(gè)第一子模塊的晶體管VT11導(dǎo)通或晶體管VT12導(dǎo)通而使電容C11被接入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除；以及通過(guò)控制每個(gè)第一子模塊的晶體管VT13導(dǎo)通或晶體管VT14導(dǎo)通而使電容C12被接入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除。優(yōu)選地，所述控制單元具體用于在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，通過(guò)控制每個(gè)第一子模塊的晶體管VT11導(dǎo)通、晶體管VT12關(guān)斷而使電容C11被接入系統(tǒng)，通過(guò)控制每個(gè)第一子模塊的晶體管VT11關(guān)斷、晶體管VT12導(dǎo)通而使電容C11被從系統(tǒng)中切除；以及通過(guò)控制每個(gè)第一子模塊的晶體管VT14導(dǎo)通、晶體管VT13關(guān)斷而使電容C12被接入系統(tǒng)，通過(guò)控制每個(gè)第一子模塊的晶體管VT14關(guān)斷、晶體管VT13導(dǎo)通而使電容C12被從系統(tǒng)中切除。優(yōu)選地，每個(gè)第一子模塊還包括與所述引導(dǎo)晶體管反向并聯(lián)的二極管VD15。優(yōu)選地，每個(gè)子模塊中采用的開(kāi)關(guān)器件包括絕緣柵雙極型晶體管。優(yōu)選地，每個(gè)相單元的上橋臂或下橋臂的第一子模塊的數(shù)量需滿足的條件是，該數(shù)量的第一子模塊能夠阻斷的直流故障電流的強(qiáng)度不低于待阻斷的直流故障電流的強(qiáng)度。有益效果：本專利技術(shù)所述柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用新型子模塊，在判斷系統(tǒng)出現(xiàn)直流故障時(shí)控制每個(gè)第一子模塊的引導(dǎo)晶體管關(guān)斷，從而切斷故障通路，以使得故障電流流經(jīng)每個(gè)第一子模塊的抵消電容后流入故障點(diǎn)，此時(shí)抵消電容能夠?yàn)橄到y(tǒng)回路提供反向電壓，用以抵消交流電壓到故障點(diǎn)之間的電壓差，而電壓差減小，自然就抑制了回路中的故障電流，實(shí)現(xiàn)直流故障電流的隔離，從而能有效閉鎖直流故障。因此，本專利技術(shù)所述柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠在發(fā)生直流故障時(shí)，自動(dòng)抑制故障電流，從而保護(hù)了其中的電子器件。附圖說(shuō)明圖1為專利技術(shù)實(shí)施例提供的柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的第一子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的第二子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的故障電流流向示意圖。具體實(shí)施方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本專利技術(shù)的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，本專利技術(shù)實(shí)施例提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體涉及一種三相MMC(ModularMultilevelConverter，模塊化多電平換流器)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其包括三個(gè)相單元，分別為A相單元、B相單元和C相單元，每個(gè)相單元均包括上橋臂和下橋臂，每個(gè)相單元的上橋臂和下橋臂的結(jié)構(gòu)相同，均包括依次串聯(lián)的電抗器L、m個(gè)第一子模塊和n個(gè)第二子模塊。每個(gè)相單元的子模塊的總數(shù)2(m+n)是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初通過(guò)直流母線電壓、電子器件耐壓等級(jí)以及子模塊的類型等因素共同決定的。具體地，對(duì)于A相單元的上橋臂，輸出端Ag依次連接電抗器LA上、m個(gè)第一子模塊、n個(gè)第二子模塊后接入直流母線電壓的正極Vdc+，其中，第二子模塊1的輸出端A2與直流母線電壓的正極Vdc+連接、輸出端B2與相鄰的第二子模塊2的輸出端A2連接，第二子模塊n的輸出端A2與相鄰的第二子模塊(n-1)的輸出端B2連接、第二子模塊n的輸出端B2與第一子模塊1的輸出端A1連接，第一子模塊1的輸出端B1與相鄰的第一子模塊2的輸出端A1連接，第一子模塊m的輸出端A1與相鄰的第一子模塊(m-1)的輸出端B1連接，第一子模塊m的輸出端B1與電抗器LA上的一端連接，電抗器LA上的另一端與輸出端Ag連接，A相單元的上橋臂的其他第一/第二子模塊的輸出端A1/A2均與其相鄰的上一個(gè)第一/第二子模塊的輸出端B1/B2連接、A相單元的上橋臂的其他第一/第二子模塊的輸出端B1/B2均與其相鄰的下一個(gè)第一/第二子模塊的輸出端A1/A2連接，某一個(gè)第一/第二子模塊相鄰的上一個(gè)第一/第二子模塊指的是與該第一/第二子模塊相鄰且在電路連接關(guān)系上比該第一/第二子模塊更接近直流母線電壓的正極Vdc+的子模塊，例如第一/第二子模塊2是與第一/第二子模塊3相鄰的上一個(gè)子模塊；某一個(gè)第一/第二子模塊相鄰的下一個(gè)第一/第二子模塊指的是與該第一/第二子模塊相鄰且在電路連接關(guān)系上比該第一/第二子模塊更接近輸出端子Ag的子模塊，例如第一本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括三個(gè)相單元，每個(gè)相單元均包括上橋臂和下橋臂，每個(gè)相單元的上橋臂和下橋臂均包括串聯(lián)的電抗器和多個(gè)子模塊，其特征在于，所述多個(gè)子模塊中的部分子模塊為第一子模塊，其余子模塊為第二子模塊，且每個(gè)第一子模塊均包括引導(dǎo)晶體管和抵消電容，所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括控制單元，其用于判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)直流故障，以及在判斷系統(tǒng)出現(xiàn)直流故障時(shí)控制每個(gè)第一子模塊中的引導(dǎo)晶體管關(guān)斷，以使故障電流流經(jīng)每個(gè)第一子模塊的抵消電容后流入故障點(diǎn)，從而抑制故障電流。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括三個(gè)相單元，每個(gè)相單元均包括上橋臂和下橋臂，每個(gè)相單元的上橋臂和下橋臂均包括串聯(lián)的電抗器和多個(gè)子模塊，其特征在于，所述多個(gè)子模塊中的部分子模塊為第一子模塊，其余子模塊為第二子模塊，且每個(gè)第一子模塊均包括引導(dǎo)晶體管和抵消電容，所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括控制單元，其用于判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)直流故障，以及在判斷系統(tǒng)出現(xiàn)直流故障時(shí)控制每個(gè)第一子模塊中的引導(dǎo)晶體管關(guān)斷，以使故障電流流經(jīng)每個(gè)第一子模塊的抵消電容后流入故障點(diǎn)，從而抑制故障電流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一子模塊還包括第一半橋電路和第二半橋電路，且第一半橋電路和第二半橋電路中均含有抵消電容，第一半橋電路、第二半橋電路和引導(dǎo)晶體管彼此連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一半橋電路包括晶體管VT11及與其反向并聯(lián)的二極管VD11、晶體管VT12及與其反向并聯(lián)的二極管VD12，以及作為抵消電容的電容C11，晶體管VT11和晶體管VT12串聯(lián)，電容C11與二者并聯(lián)；所述第二半橋電路包括晶體管VT13及與其反向并聯(lián)的二極管VD13、晶體管VT14及與其反向并聯(lián)的二極管VD14，以及作為抵消電容的電容C12，晶體管VT13和晶體管VT14串聯(lián)，電容C12與二者并聯(lián)；每個(gè)第一子模塊還包括連接在第一半橋電路的電容C11的正極和第二半橋電路的電容C12的負(fù)極之間的二極管VD16；所述控制單元具體用于在判斷出現(xiàn)直流故障時(shí)控制每個(gè)第一子模塊的引導(dǎo)晶體管關(guān)斷，以使故障電流依次流經(jīng)每個(gè)第一子模塊的二極管VD13、電容C12、二極...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李戰(zhàn)龍，侯丹，劉偉增，陳名，許樹(shù)楷，郝翔，秦健，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：特變電工新疆新能源股份有限公司，特變電工西安柔性輸配電有限公司，南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：新疆,65