CN105720569A - 一种具备故障隔离能力的柔性直流输电换流站拓扑 - Google Patents
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Abstract
一种具备故障隔离能力的柔性直流输电换流站拓扑，在传统柔性直流输电站的中添加第一直流故障阻隔模块(9)和第二直流故障阻隔模块(10)。第一直流故障阻隔模块的一个引出端子与正直流母线连接于第一连接点。第一直流故障阻隔模块的另外三个引出端子分别与传统柔性直流输电换流站A相一桥臂级联结构、B相一桥臂级联结构、C相一桥臂级联结构连接于第二、第三、第四连接点。第二直流故障阻隔模块的一个引出端子与负直流母线连接于第五连接点。第二直流故障阻隔模块的另外三个引出端子分别与传统柔性直流输电换流站A相二桥臂级联结构、B相二桥臂级联结构、C相二桥臂级联结构连接于第六、第七、第八连接点。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性直流输电换流站拓扑。
背景技术
基于电压源变换的直流输电，由于其独特的优势在清洁新能源并网、城市输配电增容改造、海上孤立负荷送电等领域具有广阔的应用前景。基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，MMC)由于采用半桥子模块级联的形式，具有对器件一致触发动态均压要求低、扩展性好、输出电压波形品质高、开关频率低、运行损耗低等诸多优点，已成为当前换流器选择的主流趋势。然而这种结构存在无法有效处理直流故障的固有缺陷。当直流侧发生故障时，全控型开关器件所反并联的续流二极管容易构成故障点与交流***直接连通的能量馈送回路，无法单纯依靠换流器动作完成直流侧故障电流的清除。目前已投运的VSC-HVDC工程大多采用电缆敷设线路，以减少直流故障发生概率，但造价昂贵、经济效益差。
利用换流器自身控制实现直流侧故障的自清除，无需机械设备动作，故***恢复很快，该思想事实上已广泛应用在传统直流输电技术中，即通过强制移相快速消除弧道电流。寻找具有直流故障穿越能力的新型换流器是目前学术界和工业界的研究热点。2010年ALSTOM公司在国际大电网会议上提出了多种结合传统两电平换流器和MMC结构特点的混合式换流器，其中桥臂交替导通多电平换流器和混合级联多电平换流器均具有直流故障穿越能力。但是控制较为复杂，子单元电容电压均衡较为困难。采用全桥子模块(fullbridgesub-module，FBSM)虽然也具有直流闭锁能力，但是正常运行时损耗较大，且换流站成本显著增加。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术不足，提出一种新的柔性直流输电换流站拓扑。本发明可使整个换流站具备直流侧故障处理能力。
本发明在传统的柔性直流输电换流站中，加入第一直流故障阻隔模块与第二直流故障阻隔模块，构成新的具备故障隔离能力的换流站拓扑。
所述的传统的柔性直流输电换流站由A相一桥臂级联结构、A相二桥臂级联结构、B相一桥臂级联结构、B相二桥臂级联结构、C相一桥臂级联结构，以及C相二桥臂级联结构，正直流母线，负直流母线组成。
A相一桥臂级联结构的一端与A相二桥臂级联结构的一端连接，B相一桥臂级联结构的一端与B相二桥臂级联结构的一端连接，C相一桥臂级联结构的一端与C相二桥臂级联结构的一端连接。A相一桥臂级联结构的另一端，B相一桥臂级联结构的另一端，C相一桥臂级联结构的另一端与正直流母线连接于第十一连接点。A相二桥臂级联结构的另一端，B相二桥臂级联结构的另一端，C相二桥臂级联结构的另一端与负直流母线连接于第十二连接点。
所述的第一直流故障阻隔模块由正直流母线故障阻隔子模块，A相一桥臂故障阻隔子模块，B相一桥臂故障阻隔子模块，C相一桥臂故障阻隔子模块组成。正直流母线故障阻隔子模块的一端与A相一桥臂故障阻隔子模块一端，B相一桥臂故障阻隔子模块一端，以及C相一桥臂故障阻隔子模块一端连接于第十三连接点；正直流母线故障阻隔子模块的另一端，A相一桥臂故障阻隔子模块的另一端，B相一桥臂故障阻隔子模块的另一端，C相一桥臂故障阻隔子模块的另一端引出，作为第一直流故障阻隔模块的四个引出端子。
第二直流故障阻隔模块由负直流母线故障阻隔子模块，A相二桥臂故障阻隔子模块，B相二桥臂故障阻隔子模块，C相二桥臂故障阻隔子模块组成。负直流母线故障阻隔子模块的一端与A相二桥臂故障阻隔子模块一端，B相二桥臂故障阻隔子模块一端，以及C相二桥臂故障阻隔子模块一端连接于第十四连接点；负直流母线故障阻隔子模块的另一端，A相二桥臂故障阻隔子模块的另一端，B相二桥臂故障阻隔子模块的另一端，C相二桥臂故障阻隔子模块的另一端引出，作为第二直流故障阻隔模块的四个引出端子。
本发明在传统柔性直流输电换流站中加入第一直流故障阻隔模块和第二直流故障阻隔模块，连接方式如下：
第一直流故障阻隔模块的一个引出端子与正直流母线连接于第一连接点。第一直流故障阻隔模块的其余三个引出端子分别与传统柔性直流输电换流站A相一桥臂级联结构、B相一桥臂级联结构、C相一桥臂级联结构连接于第二、第三、第四连接点。第二直流故障阻隔模块的一个引出端子与负直流母线连接于第五连接点。第二直流故障阻隔模块的其余三个引出端子分别与传统柔性直流输电换流站A相二桥臂级联结构、B相二桥臂级联结构、C相二桥臂级联结构连接于第六、第七、第八连接点。
所述的第一直流故障阻隔模块与第二直流故障阻隔模块有以下两种结构形式：
第一种结构形式为：所述第一直流故障阻隔模块中的A相一桥臂故障阻隔子模块，B相一桥臂故障阻隔子模块，C相一桥臂故障阻隔子模块为导线。第二直流故障阻隔模块中的A相二桥臂故障阻隔子模块，B相二桥臂故障阻隔子模块，C相二桥臂故障阻隔子模块为导线。此时正直流母线故障阻隔子模块由故障阻隔电路组成，或者负直流母线故障阻隔子模块由故障阻隔电路组成，或者正直流母线故障阻隔子模块与负直流母线故障阻隔子模块部分均由故障阻隔电路组成。第二种结构方式为：所述第一直流故障阻隔模块中的正直流母线故障阻隔子模块，第二直流故障阻隔模块中的负直流母线故障阻隔子模块由导线组成；A相一桥臂故障阻隔子模块，B相一桥臂故障阻隔子模块，C相一桥臂故障阻隔子模块，A相二桥臂故障阻隔子模块，B相二桥臂故障阻隔子模块，以及C相二桥臂故障阻隔子模块由故障阻隔电路组成。
所述的故障阻隔电路由多个故障隔离子单元级联组成，或由多个半导体全控器件串联组成。
每个故障隔离子单元由一个全控型半导体器件，一个二极管和一个电容组成。全控型半导体器件的一端与二极管的一端连接，全控型半导体器件的另一端与电容的一端连接，电容的另一端与二极管的另一端连接。
当柔性直流输电换流站的直流侧发生故障之后，故障阻隔电路中的全控型半导体器件全部关断。传统的柔性直流输电换流站中的全控型半导体器件也全部关断。通过故障阻隔电路中的电容或全控型半导体器件的反并联二极管阻断故障电流。
本发明的优点在于：
a.与半桥MMC子单元拓扑相比，具备直流侧故障处理能力；
b.与全桥MMC子单元拓扑相比，成本显著降低；
c.与全桥MMC子单元拓扑相比，损耗显著减小。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图；
图2为本发明的故障阻隔电路第一种实现形式的电路原理图；
图3为本发明的故障阻隔电路第二种实现形式的电路原理图；
图4为传统柔性直流输电换流站的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图4所示，传统的柔性直流输电换流站由正直流母线17和负直流母线18，A相一桥臂级联结构21，B相二桥臂级联结构23，C相二桥臂级联结构25，A相二桥臂级联结构22，B相二桥臂级联结构24，C相二桥臂级联结构26组成。
A相一桥臂级联结构21的一端与A相二桥臂级联结构22的一端连接，B相一桥臂级联结构23的一端与B相二桥臂级联结构24的一端连接，C相一桥臂级联结构25的一端与C相二桥臂级联结构26的一端连接。A相一桥臂级联结构21的另一端，B相一桥臂级联结构23的另一端，C相一桥臂级联结构25的另一端与正直流母线连接于第十一连接点37。A相二桥臂级联结构22的另一端，B相二桥臂级联结构24的另一端，C相二桥臂级联结构26的另一端与负直流母线连接于第十二连接点38。
如图1所示，本发明采用的技术方案是在传统的柔性直流输电换流站中，加入第一直流故障阻隔模块9与第二直流故障阻隔模块10。
第一直流故障阻隔模块9由正直流母线故障阻隔子模块1，A相一桥臂故障阻隔子模块3，B相一桥臂故障阻隔子模块4，C相一桥臂故障阻隔子模块5组成。正直流母线故障阻隔子模块1的一端与A相一桥臂故障阻隔子模块3的一端，B相一桥臂故障阻隔子模块4的一端，C相一桥臂故障阻隔子模块5的一端连接于第一连接点19；正直流母线故障阻隔子模块1的另一端，A相一桥臂故障阻隔子模块3的另一端，B相一桥臂故障阻隔子模块4的另一端，C相一桥臂故障阻隔子模块5的另一端引出，作为第一直流故障阻隔模9的四个引出端子。
第二直流故障阻隔模块10由负直流母线故障阻隔子模块2，A相二桥臂故障阻隔子模块6，B相二桥臂故障阻隔子模块7，C相二桥臂故障阻隔子模块8组成。负直流母线故障阻隔子模块2的一端与A相二桥臂故障阻隔子模块6的一端，B相二桥臂故障阻隔子模块7的一端，C相二桥臂故障阻隔子模块8的一端连接于第二连接点20，负直流母线故障阻隔子模块2的另一端，A相二桥臂故障阻隔子模块6的另一端，B相二桥臂故障阻隔子模块7的另一端，C相二桥臂故障阻隔子模块8的另一端引出，作为第二直流故障阻隔模块的四个引出端子。
第一直流故障阻隔模块9的一个引出端子与正直流母线连接于第九连接点17。第一直流故障阻隔模块9的另外三个引出端子分别与柔性直流输电换流站的A相一桥臂级联结构3的一端连接于第二连接点11，与B相一桥臂级联结构4的一端连接于第三连接点12、与C相一桥臂级联结构5的一端连接于第四连接点13。第二直流故障阻隔模块10的一个引出端子与负直流母线故障阻隔子模块2连接于第八连接点18。第二直流故障阻隔模块10的另外三个引出端子分别与柔性直流输电换流站A相二桥臂级联结构6的一端连接于第五连接点14、与B相二桥臂级联结构7的一端连接于第六连接点15，与C相二桥臂级联结构8的一端连接于第七连接点16。
所述的正直流母线故障阻隔子模块1，A相一桥臂故障阻隔子模块3，B相一桥臂故障阻隔子模块4，C相一桥臂故障阻隔子模块5，负直流母线故障阻隔子模块2，A相二桥臂故障阻隔子模块6，B相二桥臂故障阻隔子模块7，C相二桥臂故障阻隔子模块8均可由故障阻隔电路组成。
图2所示为所述的故障阻隔电路一种结构形式。所述的故障阻隔电路由多个故障隔离子单元级联组成。每个故障隔离子单元由一个全控型半导体器件，一个二极管和一个电容组成。全控型半导体器件的一端与二极管的一端连接，全控型半导体器件的另一端与电容的一端连接，电容的另一端与二极管的另一端连接。
图3所示为本发明的故障阻隔电路另一种实现形式。所述的故障阻隔电路由多个半导体全控器件串联组成。
Claims (6)
1.一种具备故障隔离能力的柔性直流输电换流站拓扑，其特征在于：在传统的柔性直流输电换流站中，加入第一直流故障阻隔模块(9)与第二直流故障阻隔模块(10)；
第一直流故障阻隔模块(9)由正直流母线故障阻隔子模块(1)、A相一桥臂故障阻隔子模块(3)、B相一桥臂故障阻隔子模块(4)，以及C相一桥臂故障阻隔子模块(5)组成；正直流母线故障阻隔子模块(1)的一端与A相一桥臂故障阻隔子模块(3)的一端，B相一桥臂故障阻隔子模块(4)的一端，C相一桥臂故障阻隔子模块(5)的一端连接于第一连接点(19)；正直流母线故障阻隔子模块(1)的另一端，A相一桥臂故障阻隔子模块(3)的另一端，B相一桥臂故障阻隔子模块(4)的另一端，以及C相一桥臂故障阻隔子模块(5)的另一端引出，作为第一直流故障阻隔模(9)的四个引出端子；
第二直流故障阻隔模块(10)由负直流母线故障阻隔子模块(2)、A相二桥臂故障阻隔子模块(6)、B相二桥臂故障阻隔子模块(7)，以及C相二桥臂故障阻隔子模块(8)组成；负直流母线故障阻隔子模块(2)的一端与A相二桥臂故障阻隔子模块(6)的一端，B相二桥臂故障阻隔子模块(7)的一端，C相二桥臂故障阻隔子模块(8)的一端连接于第二连接点(20)；负直流母线故障阻隔子模块(2)的另一端，A相二桥臂故障阻隔子模块(6)的另一端，B相二桥臂故障阻隔子模块(7)的另一端，以及C相二桥臂故障阻隔子模块(8)的另一端引出，作为第二直流故障阻隔模块(2)的四个引出端子；
第一直流故障阻隔模块(9)的一个引出端子与正直流母线连接于第九连接点(17)；第一直流故障阻隔模块(9)的其余三个引出端子分别与柔性直流输电换流站的A相一桥臂级联结构(3)的一端连接于第十连接点(11)，与B相一桥臂级联结构(4)的一端连接于第三连接点(12)、与C相一桥臂级联结构(5)的一端连接于第四连接点(13)；第二直流故障阻隔模块(10)的一个引出端子与负直流母线故障阻隔子模块(2)连接于第八连接点(18)；第二直流故障阻隔模块(10)的另外三个引出端子分别与柔性直流输电换流站A相二桥臂级联结构(6)的一端连接于第五连接点(14)、与B相二桥臂级联结构(7)的一端连接于第六连接点(15)，与C相二桥臂级联结构(8)的一端连接于第七连接点(16)。
2.按照权利要求1所述的具备故障隔离能力的柔性直流输电换流站拓扑，其特征在于：所述的第一直流故障阻隔模块(9)中的A相一桥臂故障阻隔子模块(3)，B相一桥臂故障阻隔子模块(4)和C相一桥臂故障阻隔子模块(5)为导线；所述的正直流母线故障阻隔子模块(1)由故障阻隔电路组成。
3.按照权利要求1所述的具备故障隔离能力的柔性直流输电换流站拓扑，其特征在于：所述的第二直流故障阻隔模块(10)中的A相二桥臂故障阻隔子模块(6)，B相二桥臂故障阻隔子模块(7)和C相二桥臂故障阻隔子模块(8)为导线；所述的负直流母线故障阻隔子模块(2)由故障阻隔电路组成。
4.按照权利要求1所述的具备故障隔离能力的柔性直流输电换流站拓扑，其特征在于：所述第一直流故障阻隔模块(9)中的正直流母线故障阻隔子模块(1)，第二直流故障阻隔模块(10)中的负直流母线故障阻隔子模块(2)由导线组成；所述的A相一桥臂故障阻隔子模块(3)、B相一桥臂故障阻隔子模块(4)、C相一桥臂故障阻隔子模块(5)、A相二桥臂故障阻隔子模块(6)、B相二桥臂故障阻隔子模块(7)，以及C相二桥臂故障阻隔子模块(8)由故障阻隔电路组成。
5.按照权利要求2、3或4所述的具备故障隔离能力的柔性直流输电换流站拓扑，其特征在于：所述的故障阻隔电路由多个半导体全控器件串联形成。
6.按照权利要求2、3或4所述的具备故障隔离能力的柔性直流输电换流站拓扑，其特征在于：所述的故障阻隔电路由多个故障隔离子单元级联形成；每个故障隔离子单元由一个全控型半导体器件，一个二极管和一个电容组成；全控型半导体器件的一端与二极管的一端连接，全控型半导体器件的另一端与电容的一端连接，电容的另一端与二极管的另一端连接。
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| CN103701145A (zh) * | 2014-01-02 | 2014-04-02 | 浙江大学 | 一种基于混杂式mmc的混合型直流输电*** |
| CN104037733A (zh) * | 2014-06-03 | 2014-09-10 | 中国科学院电工研究所 | 一种直流故障隔离型柔性直流输电换流站子单元拓扑 |
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