CN205092784U - 模块化多电平换流器的直流融冰转换电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种模块化多电平换流器的直流融冰转换电路，模块化多电平换流器的直流融冰转换电路包括四个模式转换组合开关。模块化多电平换流器有六支换流桥臂，其中以两支换流桥臂为一组分成三组，第一组直接进行串联，两支桥臂的串联连接点接入交流***，第二组和第三组分别通过一个模式转换组合开关相连，各自的模式转换组合开关分别与交流***相连，三组换流桥臂在两端以星形方式相连，星形联接点分别与直流正负极线相连。通过模块转换开关将模块化多电平换流器由直流输电模式转换为直流融冰模式后，模块化多电平换流器由交流***单相供电，并通过另外两相交流端子输出直流电流对直流线路进行融冰作业。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是涉及模块化多电平换流器的直流融冰转换电路。
背景技术
输电线路在冬季覆冰严重威胁电力***的安全运行。由于导线上增加了冰载荷，对导线、铁塔和金具都会带来一定的机械损坏，覆冰严重时会断线、倒杆塔，导致大面积停电事故，对国民经济造成重大损失。
随着全球气候的不断恶化，冰灾对输电线路造成的危害越发严重。特别是2008年初的冰灾，对我国电网造成了巨大的损失。
国内外研究融冰的几种思路为：将电能转化为热能融冰；将电能转化为机械能以破坏输电线上的覆冰的物理结构，达到使覆冰脱落的目的；直接破坏物理结构的机械法除冰。
我国自上世纪70年代以来就一直在220kV以下线路上采用交流短路方法对严重覆冰线路进行融冰，对防止冰灾起到了一定的作用。由于交流融冰需要很高的热量，且交流线路存在电抗，致使220kV及以下线路融冰时要求的融冰电源容量是线路实际融冰功率的5-10倍；对于500kV以上超高压和特高压交流输电线路融冰时要求的融冰电源容量是线路实际融冰功率的10-20倍。在实施交流电流短路融冰时往往存在融冰电源容量远远不足的问题。因此，对于500kV或更高电压等级输电线来说，由于难以找到满足要求的融冰电源，采用交流短路融冰方案不可行。
由于交流短路融冰法的局限，国际上自上世纪80年代开始就一直在探讨直流融冰的可能和开发直流融冰装置。1998年的北美冰风暴灾难后，魁北克水电局与AREVA公司合作开发了一套直流融冰装置，该装置装设于魁北克的Lévis变电站，2008年完成现场调试。但是到目前为止，该装置还没有用于过实际融冰。
2008年冰灾后，我国电力科技工作者自主进行了直流融冰技术及装置的研发，成功研发出了具有完全自主知识产权的大功率直流融冰装置，主要包括带专用整流变压器、不带专用整流变压器和车载移动式等多种型式，进而在全国进行了推广应用。
模块化多电平换流器是一种采用大功率电力电子器件和模块化拓扑结构设计的换流器，既可以作为柔性直流输电***的换流器，也可以作为独立的无功发生装置，其具有输出谐波特性好、响应速度快、易于安装和制造等特点，可以为电网提供快速动态无功支撑，提高电网电压稳定性。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电在国内发展迅速，目前已建成最大传输容量1000MW的直流输电工程。
在直流输电***中，通常需要配备一台专用的直流融冰装置用于线路融冰作业。直流融冰装置输出一定的直流电压，对短接的直流线路输出较大的直流电流以实现融冰功能，但专门配备专用直流融冰装置的成本较高，还增加了直流输电***的复杂性。
实用新型内容
基于此，有必要针对直流输电***中配备专用的直流融冰装置的成本高和增加直流输电***的复杂性的问题，提供一种模块化多电平换流器的直流融冰转换电路。
一种模块化多电平换流器的直流融冰转换电路，包括第一模式转换组合开关、第二模式转换组合开关、第三模式转换组合开关、第四模式转换组合开关；
模块化多电平换流器包括第一换流桥臂、第二换流桥臂、第三换流桥臂、第四换流桥臂、第五换流桥臂、第六换流桥臂，第一换流桥臂的一端和第二换流桥臂的一端相连于串联连接点，串联连接点与交流***相连；第三换流桥臂的一端和第四换流桥臂的一端分别与第一模式转换组合开关相连，第一模式转换组合开关与交流***相连；第五换流桥臂的一端和第六换流桥臂的一端分别与第二模式转换组合开关相连，第二模式转换组合开关与交流***相连；
第一换流桥臂的另一端、第三换流桥臂的另一端和第五换流桥臂的另一端均连接于第三模式转换组合开关，第三模式转换组合开关与直流正极线相连，第三模式转换组合开关还与第一模式转换组合开关相连；第二换流桥臂的另一端、第四换流桥臂的另一端和第六换流桥臂的另一端均连接于第四模式转换组合开关，第四模式转换组合开关与直流负极线相连，第四模式转换组合开关还与第二模式转换组合开关相连。
一种直流融冰装置，包括模块化多电平换流器和模块化多电平换流器的直流融冰转换电路。
根据上述本实用新型的方案，模块化多电平换流器的直流融冰转换电路包括四个模式转换组合开关。模块化多电平换流器有六支换流桥臂，其中以两支换流桥臂为一组分成三组，第一组直接进行串联，两支桥臂的串联连接点接入交流***，第二组和第三组分别通过一个模式转换组合开关相连，各自的模式转换组合开关分别与交流***相连，三组换流桥臂在两端以星形方式相连，星形联接点分别与直流正负极线相连。当模块化多电平换流器处于直流输电运行工况下时，模式转换组合开关将模块化多电平换流器的一端(即交流端子)接入交流***，另一端(即直流端子)接入直流正负极线；当模块化多电平换流器处于直流融冰运行工况下时，模式转换组合开关将模块化多电平换流器的直流端子与直流正负极线断开，将两相交流端子接入直流正负极线。通过模块转换开关将模块化多电平换流器由直流输电模式转换为直流融冰模式后，模块化多电平换流器由交流***单相供电，并通过另外两相交流端子输出电流对直流线路进行融冰作业，由此即可通过在模块化多电平换流器上添加简单的转换电路实现直流融冰，而不需要专门配备专用直流融冰装置，降低了直流融冰的成本，减少了直流输电***的复杂性。
附图说明
图1是其中一个实施例中模块化多电平换流器的直流融冰转换电路的结构示意图；
图2是其中一个实施例中模块化多电平换流器的直流融冰转换电路的电路示意图；
图3是其中一个实施例中模块化多电平换流器的直流融冰转换电路的电路示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。
参见图1所示，为本实用新型的模块化多电平换流器的直流融冰转换电路的实施例。该实施例中的模块化多电平换流器的直流融冰转换电路，包括第一模式转换组合开关100、第二模式转换组合开关110、第三模式转换组合开关120、第四模式转换组合开关130；
模块化多电平换流器包括第一换流桥臂A1、第二换流桥臂A2、第三换流桥臂A3、第四换流桥臂A4、第五换流桥臂A5、第六换流桥臂A6，第一换流桥臂A1的一端和第二换流桥臂A2的一端相连于串联连接点，串联连接点与交流***相连；第三换流桥臂A3的一端和第四换流桥臂A4的一端分别与第一模式转换组合开关100相连，第一模式转换组合开关100与交流***相连；第五换流桥臂A5的一端和第六换流桥臂A6的一端分别与第二模式转换组合开关110相连，第二模式转换组合开关110与交流***相连；
第一换流桥臂A1的另一端、第三换流桥臂A3的另一端和第五换流桥臂A5的另一端均连接于第三模式转换组合开关120，第三模式转换组合开关120与直流正极线相连，第三模式转换组合开关120还与第一模式转换组合开关100相连；第二换流桥臂A2的另一端、第四换流桥臂A4的另一端和第六换流桥臂A6的另一端均连接于第四模式转换组合开关130，第四模式转换组合开关130与直流负极线相连，第四模式转换组合开关130还与第二模式转换组合开关110相连。
在本实施例中，模块化多电平换流器有六支换流桥臂(A1～A6)，其中以两支桥臂为一组分成三组，第一组(A1、A2)直接进行串联，两支桥臂的串联连接点通过换流变压器接入交流***，第二组(A3、A4)和第三组(A5、A6)分别通过第一模式转换组合开关100和第二模式转换组合开关110相连，第一模式转换组合开关100和第二模式转换组合开关110分别通过换流变压器与交流***相连，三组换流桥臂在两端以星形方式分别相连于第三模式转换组合开关120和第四模式转换组合开关130，第三模式转换组合开关120和第四模式转换组合开关130分别与直流正负极线相连，第三模式转换组合开关120还与第一模式转换组合开关100相连，第四模式转换组合开关130还与第二模式转换组合开关110相连。
当模块化多电平换流器处于直流输电运行工况下时，模式转换组合开关将模块化多电平换流器的交流端子接入交流***，直流端子接入直流正负极线；
具体的，第一模式转换组合开关100使第三换流桥臂A3的一端和第四换流桥臂A4的一端都与交流***相连，并使第三换流桥臂A3的一端和第四换流桥臂A4的一端都与第三模式转换组合开关120断开；第二模式转换组合开关110使第五换流桥臂A5的一端和第六换流桥臂A6的一端都与交流***相连，并使第五换流桥臂A5的一端和第六换流桥臂A6的一端都与第四模式转换组合开关130断开；第三模式转换组合开关120使第一换流桥臂A1的另一端、第三换流桥臂A3的另一端和第五换流桥臂A5的另一端都与直流正极线相连，并使直流正极线与第一模式转换组合开关100断开；第四模式转换组合开关130使第二换流桥臂A2的另一端、第四换流桥臂A4的另一端和第六换流桥臂A6的另一端都与直流负极线相连，并使直流负极线与第二模式转换组合开关110断开；
当模块化多电平换流器处于直流融冰运行工况下时，模式转换组合开关将模块化多电平换流器的直流端子与直流正负极线断开，将两相交流端子分别接入直流正负极线；
具体的，第三模式转换组合开关120使第一换流桥臂A1的另一端、第三换流桥臂A3的另一端和第五换流桥臂A5的另一端都与直流正极线断开，并使直流正极线与第一模式转换组合开关100相连；第四模式转换组合开关130使第二换流桥臂A2的另一端、第四换流桥臂A4的另一端和第六换流桥臂A6的另一端都与直流负极线断开，并使直流负极线与第二模式转换组合开关110相连；第一模式转换组合开关100使第三换流桥臂A3的一端和第四换流桥臂A4的一端都与交流***断开，并使第三换流桥臂A3的一端和第四换流桥臂A4的一端都与第三模式转换组合开关120连接，通过第三模式转换组合开关120接入直流正极线；第二模式转换组合开关110使第五换流桥臂A5的一端和第六换流桥臂A6的一端都与第四模式转换组合开关130连接，通过第四模式转换组合开关130接入直流负极线。
通过模块转换开关将模块化多电平换流器由直流输电模式转换为直流融冰模式后，模块化多电平换流器由交流***单相供电，单相是由第一换流桥臂A1和第二换流桥臂A2组成，并通过另外两相交流端子输出直流电流对直流线路进行融冰作业，另外两相分别是由第三换流桥臂A3和第四换流桥臂A4组成的一相，由第五换流桥臂A5和第六换流桥臂A6组成的一相。这里的单相可以在模块化多电平换流器的三组换流桥臂中任意选择一组，剩余的两组即为另外的两相。利用模块化多电平换流器的转换电路就可以实现直流融冰，不需要专门配备专用的直流融冰装置，大大降低了成本，减小了直流输电***的复杂性。
在其中一个实施例中，第一模式转换组合开关100和第二模式转换组合开关110均包括两个隔离刀闸；
在第一模式转换组合开关100中，一个隔离刀闸的两端分别与第三换流桥臂A3的一端和第四换流桥臂A4的一端的串联连接点、交流***相连，另一个刀闸的两端分别与第三换流桥臂A3的一端和第四换流桥臂A4的一端的串联连接点、第三模式转换组合开关120相连；
在第二模式转换组合开关110中，一个隔离刀闸的两端分别与第五换流桥臂A5的一端和第六换流桥臂A6的一端的串联连接点、交流***相连，另一个刀闸的两端分别与第五换流桥臂A5的一端和第六换流桥臂A6的一端的串联连接点、第四模式转换组合开关130相连。
优选的，如图2所示，在第一模式转换组合开关100中，其中一个隔离刀闸S1用于第三换流桥臂A3的一端和第四换流桥臂A4的一端与交流***的连接和断开，另一个隔离刀闸S2用于第三换流桥臂A3的一端和第四换流桥臂A4的一端与第三模式转换组合开关120的连接和断开；在第二模式转换组合开关110中，其中一个隔离刀闸S3用于第五换流桥臂A5的一端和第六换流桥臂A6的一端与交流***的连接和断开，另一个隔离刀闸S4用于第五换流桥臂A5的一端和第六换流桥臂A6的一端与第四模式转换组合开关130的连接和断开；
在模块化多电平换流器由直流输电模式转换为直流融冰模式时，隔离刀闸S1～S4的操作方向如图2中的箭头所示。
在其中一个实施例中，第三模式转换组合开关120和第四模式转换组合开关130均包括两个隔离刀闸；
在第三模式转换组合开关120中，一个隔离刀闸的一端分别与第一换流桥臂A1的另一端、第三换流桥臂A3的另一端和第五换流桥臂A5的另一端相连，该隔离刀闸的另一端与直流正极线相连，另一个隔离刀闸的两端分别与第一模式转换组合开关100、直流正极线相连；
在第四模式转换组合开关130中，一个隔离刀闸的一端分别与第二换流桥臂A2的另一端、第四换流桥臂A4的另一端和第六换流桥臂A6的另一端相连，该隔离刀闸的另一端与直流负极线相连，另一个隔离刀闸的两端分别与第二模式转换组合开关110、直流负极线相连。
优选的，如图2所示，在第三模式转换组合开关120中，其中一个隔离刀闸S5用于第一换流桥臂A1的另一端、第三换流桥臂A3的另一端和第五换流桥臂A5的另一端与直流正极线的连接和断开，另一个隔离刀闸S6用于第一模式转换组合开关100与直流正极线的连接和断开；在第四模式转换组合开关130中，其中一个隔离刀闸S7用于第二换流桥臂A2的另一端、第四换流桥臂A4的另一端和第六换流桥臂A6的另一端与直流负极线的连接和断开，另一个隔离刀闸S8用于第二模式转换组合开关110与直流负极线的连接和断开；
在模块化多电平换流器由直流输电模式转换为直流融冰模式时，隔离刀闸S5～S8的操作方向如图2中的箭头所示。
在其中一个实施例中，第一模式转换组合开关100、第二模式转换组合开关110、第三模式转换组合开关120和第四模式转换组合开关130中的任意一个隔离刀闸均可替换为断路器。
在本实施例中的断路器和上述实施例中的隔离刀闸的作用和操作方式是相同的。
在其中一个实施例中，第一换流桥臂A1、第二换流桥臂A2、第三换流桥臂A3、第四换流桥臂A4、第五换流桥臂A5和第六换流桥臂A6均包括相连的功率模块和电抗器，第一换流桥臂A1的功率模块、第三换流桥臂A3的功率模块和第五换流桥臂A5的功率模块均连接于第三模式转换组合开关120，第二换流桥臂A2的功率模块、第四换流桥臂A4的功率模块和第六换流桥臂A6的功率模块均连接于第四模式转换组合开关130；第一换流桥臂A1的电抗器和第二换流桥臂A2的电抗器相连于串联连接点，第三换流桥臂A3的电抗器和第四换流桥臂A4的电抗器分别与第一模式转换组合开关100相连，第五换流桥臂A5的电抗器和第六换流桥臂A6的电抗器分别与第二模式转换组合开关110相连。
优选的，如图3所示，换流桥臂由半桥型式的功率模块M1～Mn及电抗器L串联而成，每个换流桥臂的功率模块的数量为一个或一个以上；第一换流桥臂A1的功率模块M1、第三换流桥臂A3的功率模块M1和第五换流桥臂A5的功率模块M1以星形方式连接于星形连接点CP，第二换流桥臂A2的功率模块Mn、第四换流桥臂A4的功率模块Mn和第六换流桥臂A6的功率模块Mn以星形方式连接于星形连接点CN，模块化多电平换流器的交流端通过一台接线方式为Dyn(三角-星形)的换流变压器与外界交流***相连；
在模块化多电平换流器正常运行时，换流器的控制方式与一般的电压源型换流器相同，主要控制环节为：外环采用控制目标为CP与CN电势差Edc的有功功率控制环以及控制目标为输出无功功率或者交流电网电压的无功功率控制环，内环采用间接电流控制法或者pq解耦的直接电流控制法，桥臂功率模块电容电压平衡控制采用排序法；
从直流输电模式转换为直流融冰模式之后，模块化多电平换流器由第一换流桥臂A1和第二换流桥臂A2单相供电，通过单相控制策略保持CP、CN之间的电势差Edc稳定。第三换流桥臂A3和第四换流桥臂A4、第五换流桥臂A5和第六换流桥臂A6这两相的对地输出电压可以是交流也可以是直流，只需要保持两相的相对电势差为融冰作业所需的电压值，即可实现对直流电路的融冰作业。
本实用新型还提供一种直流融冰装置，包括模块化多电平换流器和模块化多电平换流器的直流融冰转换电路。模块化多电平换流器和模块化多电平换流器的直流融冰转换电路相连，模块化多电平换流器的直流融冰转换电路可以转换模块化多电平换流器的直流输电运行模式和直流融冰运行模式，从而实现不需要专门配备专用的直流融冰装置即可进行直流融冰。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种模块化多电平换流器的直流融冰转换电路，其特征在于，包括第一模式转换组合开关、第二模式转换组合开关、第三模式转换组合开关、第四模式转换组合开关；
所述模块化多电平换流器包括第一换流桥臂、第二换流桥臂、第三换流桥臂、第四换流桥臂、第五换流桥臂和第六换流桥臂，所述第一换流桥臂的一端和所述第二换流桥臂的一端相连于串联连接点，所述串联连接点与交流***相连；所述第三换流桥臂的一端和所述第四换流桥臂的一端分别与所述第一模式转换组合开关相连，所述第一模式转换组合开关还与所述交流***相连；所述第五换流桥臂的一端和所述第六换流桥臂的一端分别与所述第二模式转换组合开关相连，所述第二模式转换组合开关还与所述交流***相连；
所述第一换流桥臂的另一端、所述第三换流桥臂的另一端和所述第五换流桥臂的另一端分别与所述第三模式转换组合开关相连，所述第三模式转换组合开关还与直流正极线相连，所述第三模式转换组合开关还与所述第一模式转换组合开关相连；所述第二换流桥臂的另一端、所述第四换流桥臂的另一端和所述第六换流桥臂的另一端分别与所述第四模式转换组合开关连接，所述第四模式转换组合开关还与直流负极线相连，所述第四模式转换组合开关还与所述第二模式转换组合开关相连。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的直流融冰转换电路，其特征在于，所述第一模式转换组合开关和所述第二模式转换组合开关均包括两个隔离刀闸；
在所述第一模式转换组合开关中，一个隔离刀闸的两端分别与所述第三换流桥臂和所述第四换流桥臂的串联连接点、所述交流***相连，另一个刀闸的两端分别与所述第三换流桥臂和所述第四换流桥臂的串联连接点、所述第三模式转换组合开关相连；
在所述第二模式转换组合开关中，一个隔离刀闸的两端分别与所述第五换流桥臂和所述第六换流桥臂的串联连接点、所述交流***相连，另一个刀闸的两端分别与所述第五换流桥臂和所述第六换流桥臂的串联连接点、所述第四模式转换组合开关相连。
3.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的直流融冰转换电路，其特征在于，所述第三模式转换组合开关和所述第四模式转换组合开关均包括两个隔离刀闸；
在所述第三模式转换组合开关中，一个隔离刀闸的一端分别与所述第一换流桥臂的另一端、所述第三换流桥臂的另一端和所述第五换流桥臂的另一端相连，该隔离刀闸的另一端与所述直流正极线相连，另一个隔离刀闸的两端分别与所述第一模式转换组合开关、所述直流正极线相连；
在所述第四模式转换组合开关中，一个隔离刀闸的一端分别与所述第二换流桥臂的另一端、所述第四换流桥臂的另一端和所述第六换流桥臂的另一端相连，该隔离刀闸的另一端与所述直流负极线相连，另一个隔离刀闸的两端分别与所述第二模式转换组合开关、所述直流负极线相连。
4.根据权利要求2或3所述的模块化多电平换流器的直流融冰转换电路，其特征在于，任意一个隔离刀闸均可替换为断路器。
5.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的直流融冰转换电路，其特征在于，所述第一换流桥臂、所述第二换流桥臂、所述第三换流桥臂、所述第四换流桥臂、所述第五换流桥臂和所述第六换流桥臂均包括相连的功率模块和电抗器，所述第一换流桥臂的功率模块、所述第三换流桥臂的功率模块和所述第五换流桥臂的功率模块均连接于所述第三模式转换组合开关，所述第二换流桥臂的功率模块、所述第四换流桥臂的功率模块和所述第六换流桥臂的功率模块均连接于所述第四模式转换组合开关；所述第一换流桥臂的电抗器和所述第二换流桥臂的电抗器相连于所述串联连接点，所述第三换流桥臂的电抗器和所述第四换流桥臂的电抗器分别与所述第一模式转换组合开关相连，所述第五换流桥臂的电抗器和所述第六换流桥臂的电抗器分别与所述第二模式转换组合开关相连。
6.一种直流融冰装置，其特征在于，包括如权利要求1至5中任意一项所述的模块化多电平换流器和所述模块化多电平换流器的直流融冰转换电路。
Priority Applications (1)
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| CN201520899178.4U CN205092784U (zh) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | 模块化多电平换流器的直流融冰转换电路 |
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|---|---|---|---|---|
| CN109378788A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-02-22 | 国网湖南省电力有限公司 | 新型svg型直流融冰装置 |
| CN113364333A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-09-07 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 组合式换流器、直流变压器及控制方法 |
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2015
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