CN109448990A - Mmc柔直子模块及mmc柔直换流阀 - Google Patents

Mmc柔直子模块及mmc柔直换流阀 Download PDF

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Abstract

本发明提供了MMC柔直子模块及MMC柔直换流阀，涉及柔性直流输电技术领域，包括：两个并联的电容器，每个电容器包括：设置于电容器外壳中的电容器芯子，电容器芯子与电容器外壳之间灌注有绝缘胶；电容器芯子由多个串联或者并联的电容器元件组成。本发明通过两个并联的电容器，降低了同等容量等级的MMC柔直换流阀的体积、重量和成本，提高了抗震性能和电容运行可靠性。

Description

MMC柔直子模块及MMC柔直换流阀
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其是涉及MMC柔直子模块及MMC柔直换流阀。
背景技术
柔性直流输电(VSC-HVDC，Voltage Source Converter based High VoltageDirect Current Transmission)是继交流输电、常规直流输电之后的新一代直流输电技术。随着风电、光伏等分布式能源的广泛应用和智能电网的发展，柔性直流输电技术发展迅速。换流阀是柔性直流输电***的核心设备。模块化多电平换流器(Modular MultilevelConverter，MMC)通过多个子模块叠加得到较高的直流电压，其模块化结构可实现上百个电平的电压输出，具有输出交流电压高次谐波小、输出波形更接近正弦波、便于扩容及冗余配置、可省去交流滤波器等众多优点，避免了两电平或三电平电压源换流器中大量IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)串联所引起的技术难题，已成为未来VSC-HVDC领域的发展趋势。
在高压大功率场合，MMC结构虽然避免了传统两电平的器件直接串联问题，但却给换流器的控制增加了难度。特别是在高电平输出时，不仅要控制多电平输出，还要采用足够容量子模块电容以降低电容纹波电压，抑制环流，这势必会导致换流阀体积和重量增大，不适合于悬吊式安装，抗震能力差，大大增加了换流站占地面积和投资成本。这其中子模块电容占据换流阀的大部分体积(达60％以上)，与传统直流输电换流阀相比，同等容量等级的MMC柔直换流阀存在体积、重量大，抗震性能差，成本高的问题。近年来，金属化薄膜电容器以其优越的电性能在MMC中得到了广泛的应用，但其体积、重量大，成本高，一定程度上限制了基于MMC技术的柔直换流阀的发展。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供MMC柔直子模块及MMC柔直换流阀，通过两个并联的电容器，降低了同等容量等级的MMC柔直换流阀的体积、重量和成本，提高了抗震性能和电容运行可靠性。
第一方面，本发明实施例提供了一种MMC柔直子模块，其中，包括：两个并联的电容器，每个所述电容器包括：设置于电容器外壳中的电容器芯子，所述电容器芯子与所述电容器外壳之间灌注有绝缘胶；
所述电容器芯子由多个串联或者并联的电容器元件组成。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，两个所述电容器之间的间距为10～20cm。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，多个所述电容器元件通过焊接铜箔引线进行串联或并联。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述绝缘胶包括聚氨酯材料。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述电容器元件采用多层金属化有机薄膜围绕聚合物绝缘芯棒卷绕而成，且所述电容器元件的端部采用喷金工艺设置有喷金层。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，金属化有机薄膜通过在载体薄膜的两个表面金属化蒸镀上金属镀层后形成。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，在所述载体薄膜的一端设置有一段未进行金属化蒸镀的留边区域。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述载体薄膜为聚丙烯薄膜。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，在所述电容器外壳与所述喷金层相对应的位置设置有凸出的引线柱。
第二方面，本发明实施例还提供一种MMC柔直换流阀，其中，包括：多个如上任一项所述的MMC柔直子模块。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明提供的MMC柔直子模块及MMC柔直换流阀，包括：两个并联的电容器，每个电容器包括：设置于电容器外壳中的电容器芯子，电容器芯子与电容器外壳之间灌注有绝缘胶；电容器芯子由多个串联或者并联的电容器元件组成。本发明通过两个并联的电容器，降低了同等容量等级的MMC柔直换流阀的体积、重量和成本，提高了抗震性能和电容运行可靠性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的MMC柔直子模块正视图；
图2为本发明实施例一提供的MMC柔直子模块俯视图；
图3为本发明实施例二提供的电容器元件结构示意图。
图标：
100-电容器；110-绝缘胶；120-电容器元件；121-载体薄膜；122-金属镀层；123-聚合物绝缘芯棒；124-喷金层；125-留边区域；130-引线柱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
柔性直流输电是继交流输电、常规直流输电之后的新一代直流输电技术。换流阀是柔性直流输电***的核心设备。模块化多电平换流器通过多个子模块叠加得到较高的直流电压，其模块化结构可实现上百个电平的电压输出，具有输出交流电压高次谐波小、输出波形更接近正弦波、便于扩容及冗余配置、可省去交流滤波器等众多优点，避免了两电平或三电平电压源换流器中大量IGBT串联所引起的技术难题。在高压大功率场合，MMC结构虽然避免了传统两电平的器件直接串联问题，但却给换流器的控制增加了难度。特别是在高电平输出时，不仅要控制多电平输出，还要采用足够容量子模块电容以降低电容纹波电压，抑制环流，这势必会导致换流阀体积和重量增大，不适合于悬吊式安装，抗震能力差，大大增加了换流站占地面积和投资成本。这其中子模块电容占据换流阀的大部分体积，与传统直流输电换流阀相比，同等容量等级的MMC柔直换流阀存在体积、重量大，抗震性能差，成本高的问题。近年来，金属化薄膜电容器以其优越的电性能在MMC中得到了广泛的应用，但其体积、重量大，成本高，一定程度上限制了基于MMC技术的柔直换流阀的发展。
基于此，本发明实施例提供的MMC柔直子模块及MMC柔直换流阀，通过两个并联的电容器，可以降低同等容量等级的MMC柔直换流阀的体积、重量和成本，提高抗震性能和电容运行可靠性。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的MMC柔直子模块进行详细介绍。
实施例一：
图1为本发明实施例一提供的MMC柔直子模块正视图。
参照图1，MMC柔直子模块包括：两个并联的电容器100，每个所述电容器100包括：设置于电容器外壳中的电容器芯子，所述电容器芯子与所述电容器外壳之间通过抽真空灌注有绝缘胶110，从而实现电容器芯子对电容器外壳的绝缘。其中，所述电容器芯子由多个串联或者并联的电容器元件120组成。
这里的电容器元件120为金属化薄膜电容器元件，对应的，两个电容器100也分别为金属化薄膜电容器。
进一步的，多个所述电容器元件120通过焊接铜箔引线进行串联或并联。
进一步的，参照图2，两个所述电容器100之间的间距为10～20cm。
进一步的，绝缘胶110可以包括但不限于聚氨酯材料。
MMC柔直子模块通过采用两个金属化薄膜电容器并联的方式，以实现自愈型金属化薄膜电容器减轻体积、重量的目的。
实施例二：
图3为本发明实施例二提供的电容器元件结构示意图。
参照图3，单个电容器元件120采用多层金属化有机薄膜围绕聚合物绝缘芯棒123卷绕而成，且在所述电容器元件120的端部采用喷金工艺设置有喷金层124。
喷金层124用于实现电容器电极的引出，即，便于焊接引线柱130；如图2所示，在电容器外壳上与所述喷金层124相对应的位置处设置有凸出的引线柱130。
金属化有机薄膜具有一定厚度，是通过在载体薄膜121的两个表面金属化蒸镀上金属镀层122后形成。其中，载体薄膜121可以为聚丙烯薄膜，或者聚酯薄膜等。
在所述载体薄膜121的一端设置有一段未进行金属化蒸镀的留边区域125。
上述实施例提供的MMC柔直子模块，通过采用两个金属化薄膜电容器并联的方式，克服了采用单只电容器为了实现轻型化而造成电容器能量密度过高，无法达到理想散热条件的瓶颈。举例说明：单只10mF金属化膜电容器的成本约为3万元人民币，2只5mF金属化膜电容器的价格约为2万元；单只10mF金属化膜电容器的体积约为115L，2只5mF金属化膜电容器的总体积约为110L。可见，上述实施例提供的MMC柔直子模块能够降低成本，减小体积。
此外采用双电容器设计还有助于提升运行的可靠性，发生单个电容器100损坏的情况可以降低维修成本。
另外，基于上述实施例提供的MMC柔直子模块，MMC柔直换流阀包括多个上述的MMC柔直子模块。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明提供的MMC柔直子模块及MMC柔直换流阀，包括：两个并联的电容器，每个电容器包括：设置于电容器外壳中的电容器芯子，电容器芯子与电容器外壳之间灌注有绝缘胶；电容器芯子由多个串联或者并联的电容器元件组成。本发明通过两个并联的电容器，降低了同等容量等级的MMC柔直换流阀的体积、重量和成本，提高了抗震性能和电容运行可靠性。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种MMC柔直子模块，其特征在于，包括：两个并联的电容器，每个所述电容器包括：设置于电容器外壳中的电容器芯子，所述电容器芯子与所述电容器外壳之间灌注有绝缘胶；
所述电容器芯子由多个串联或者并联的电容器元件组成。
2.根据权利要求1所述的MMC柔直子模块，其特征在于，两个所述电容器之间的间距为10～20cm。
3.根据权利要求1所述的MMC柔直子模块，其特征在于，多个所述电容器元件通过焊接铜箔引线进行串联或并联。
4.根据权利要求1所述的MMC柔直子模块，其特征在于，所述绝缘胶包括聚氨酯材料。
5.根据权利要求1所述的MMC柔直子模块，其特征在于，所述电容器元件采用多层金属化有机薄膜围绕聚合物绝缘芯棒卷绕而成，且所述电容器元件的端部采用喷金工艺设置有喷金层。
6.根据权利要求5所述的MMC柔直子模块，其特征在于，金属化有机薄膜通过在载体薄膜的两个表面金属化蒸镀上金属镀层后形成。
7.根据权利要求6所述的MMC柔直子模块，其特征在于，在所述载体薄膜的一端设置有一段未进行金属化蒸镀的留边区域。
8.根据权利要求6所述的MMC柔直子模块，其特征在于，所述载体薄膜为聚丙烯薄膜。
9.根据权利要求5所述的MMC柔直子模块，其特征在于，在所述电容器外壳与所述喷金层相对应的位置设置有凸出的引线柱。
10.一种MMC柔直换流阀，其特征在于，包括：多个如权利要求1～9任一项所述的MMC柔直子模块。
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