一種用于直流電網(wǎng)模塊化的lcl諧振型主電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力電子系統(tǒng)，具體講設(shè)及一種用于直流電網(wǎng)模塊化的LCL諧振型主 電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 如今，傳統(tǒng)能源的短缺和環(huán)境的日益惡化，極大地推動了綠色可再生能源的開發(fā) 與利用，但受限于局部電力系統(tǒng)的消納能力，大部分可再生能源未得到有效利用，甚至出現(xiàn) "棄風(fēng)"、"棄光"現(xiàn)象，因此，急需開展風(fēng)、光等電力的大規(guī)模、高效率、安全外送等研究。此外 海上風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)和利用，W及大型城市電網(wǎng)負(fù)荷的快速增長，也促進了對新型輸電 技術(shù)的需求。常規(guī)直流及柔性直流技術(shù)是解決運一現(xiàn)狀的有效手段之一，而阻礙直流電網(wǎng) 形成的主要因素在于，直流電網(wǎng)中高壓大容量DC/DC變換器的缺失，其使得各個不同電壓等 級的直流輸電線路不能直接相連，進而形成的大規(guī)模直流輸電系統(tǒng)降低了直流輸電系統(tǒng)的 靈活性與可靠性。
[0003] 在交流輸電中，實現(xiàn)不同電壓等級之間轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備是交流變壓器，而在直流 電網(wǎng)中，實現(xiàn)不同等級直流電壓互聯(lián)和電壓變換的關(guān)鍵設(shè)備是DC/DC變換器，其主要作用包 括實現(xiàn)不同電壓等級、不同直流技術(shù)和不同拓?fù)湫褪街绷骶W(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接;從而實現(xiàn)了不同子 系統(tǒng)之間的功率交換，發(fā)電廠或負(fù)荷在遠(yuǎn)距離直流傳輸線路中部的接入，長距離小容量的 功率傳輸。
[0004] 目前，世界范圍內(nèi)對DC/DC變換器研究多集中在中低壓小功率領(lǐng)域，部分研究機構(gòu) 開展了實驗樣機研制。其中的絕大部分樣機均采用輸入串聯(lián)、輸出并聯(lián)（ISOP)隔離型電路 拓?fù)湫问剑瑘D1所示的該種電路拓?fù)涞牡湫徒Y(jié)構(gòu)，由于受限于器件串聯(lián)數(shù)量、現(xiàn)有的開關(guān)頻 率W及大容量高功率密度高頻隔離變壓器的技術(shù)水平，該種電路拓?fù)涞腄C/DC變換器最高 電壓等級只有12kV，容量很難突破10MW，與直流電網(wǎng)電壓等級及容量要求相差甚遠(yuǎn)。因此， 需要提出一種適用于直流電網(wǎng)快速發(fā)展需求的新型電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，W提高DC/DC變換器的 電壓等級和容量的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提出了一種用于直流電網(wǎng)模塊化的LCL諧 振型主電路，其包括:IXL諧振型交流模塊、直流低壓模塊和直流高壓模塊;IXL諧振型交流 模塊設(shè)于直流低壓模塊和直流高壓模塊之間形成H型結(jié)構(gòu)。
[0006] IXL諧振型交流模塊為工字型結(jié)構(gòu)；豎直部分設(shè)有諧振電容器的工字型結(jié)構(gòu)的四 端各設(shè)有一個諧振電感。直流低壓模塊包括:兩相橋臂構(gòu)成的串聯(lián)回路，每相橋臂的中點處 設(shè)有中性點。
[0007] 直流高壓模塊包括:兩相橋臂構(gòu)成的串聯(lián)回路，每相橋臂的中點處設(shè)有中性點。直 流低壓模塊和直流高壓模塊的橋臂中性點分別與工字結(jié)構(gòu)的四個端點連接。
[000引橋臂包括:橋臂電抗和依次串聯(lián)的子模塊;子模塊包括:旁路開關(guān)、兩個二極管、子 模塊電容器和兩個全控半導(dǎo)體器件串聯(lián)構(gòu)成的全控半導(dǎo)體器件支路;子模塊電容器并聯(lián)在 全控半導(dǎo)體器件支路的兩端;二極管反并聯(lián)在全控半導(dǎo)體器件的兩端;旁路開關(guān)并聯(lián)在其 中一個全控半導(dǎo)體器件的兩端。
[0009] 功率的流向由直流高壓模塊和所述直流低壓模塊的交流電壓相位差拉決定：當(dāng) 日<齡n時，直流低壓模塊的相位超前于直流高壓模塊的相位，功率從直流低壓模塊傳輸至 直流高壓模塊；當(dāng)日〉0>-n時，直流低壓模塊的相位落后于直流高壓的相位，功率從直流低 壓模塊傳輸至直流高壓模塊。
[0010] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下有益效果：
[00川 1、本發(fā)明采用LCL諧振電路連接兩個模塊化多電平(匪C)換流器，避免了基于匪C 的隔離型DC/DC變換器中高壓大容量高頻隔離變壓器的制造限制；
[0012 ] 2、本發(fā)明LCL諧振電路中電感所需的無功功率由電容提供，實現(xiàn)兩側(cè)MMC的零無功 功率輸出，即實現(xiàn)兩側(cè)交流基波電壓與電流同相位，提高裝置容量利用率的同時，降低器件 開關(guān)損耗；
[0013] 3、本發(fā)明的LCL諧振電路的對稱設(shè)計，既實現(xiàn)了低壓側(cè)和高壓側(cè)各自交流與直流 中性點等電位，即正負(fù)對稱;又實現(xiàn)了兩側(cè)中性點等電位，適用于不同電壓等級、正負(fù)極對 稱的直流線路聯(lián)網(wǎng)。
【附圖說明】
[0014] 圖1是一種典型的ISOP隔離型DC/DC變換器；
[0015] 圖2是本發(fā)明的電路原理圖；
[0016] 圖3是本發(fā)明低壓側(cè)和高壓側(cè)的交流電壓波形圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖2對本發(fā)明的試驗方法作進一步詳細(xì)的描述。
[0018] 圖2所示的該主電路結(jié)構(gòu)圖中，主要有直流低壓側(cè)、高壓側(cè)和交流部分=部分組 成。直流低壓側(cè)和高壓側(cè)的結(jié)構(gòu)相同，均由四個橋臂構(gòu)成，每個橋臂由串聯(lián)的子模塊SMiU =1、2……）、橋臂電抗LaL(H) W及正負(fù)直流極母線構(gòu)成。其中，每個子模塊包含兩只全控半導(dǎo) 體器件Tii和Ti2,分別稱作上管和下管，Tii和Ti2分別反并聯(lián)一只二極管，子模塊電容器Csm與 兩只串聯(lián)全控器件并聯(lián)，旁路開關(guān)K與下管Ti2并聯(lián)，上管與下管之間和下管的陰極分別引出 導(dǎo)線作為子模塊的輸出端子。橋臂電抗的主要作用是發(fā)生橋臂短路情形時限制短路電流上 升速度，W及正常運行時限制橋臂諧波電流大小。
[0019] 正常工作時，子模塊電容充有一定的電量形成穩(wěn)定的直流電壓Usm。當(dāng)子模塊上管 開通下關(guān)關(guān)斷時，子模塊投入，對外輸出電壓為Usm;當(dāng)子模塊上管關(guān)斷下管開通時，子模塊 切出，對外輸出電壓為0。若子摸塊出現(xiàn)故障時，投入開關(guān)K將子模塊永久切除。
[0020] 交流部分由上下正負(fù)對稱的"工型LCL電路組成，左側(cè)上下為低壓側(cè)諧振電感^， 右側(cè)上下為高壓側(cè)諧振電感L2,中間為諧振電容器C。交流部分的兩側(cè)端部分別聯(lián)接在高低 壓兩側(cè)橋臂中性點A、B、a、b。
[0021] 正常工作時，低壓側(cè)和高壓側(cè)上下橋臂各個子模塊電容器保持一定的電壓水平， 上下橋臂投入的子模塊數(shù)量之和保持恒定，保證上下橋臂電壓之和等于各側(cè)的直流電壓。 按照參考波形改變上下橋臂投入子模塊數(shù)量分配及切換時刻，兩相橋臂中性點之間形成交 流電壓，圖3所示為參考波為正弦波時的交流電壓波形，交流電壓峰值和相位均可由橋臂子 模塊投入數(shù)量差和參考波相位進行調(diào)節(jié)。高壓側(cè)和低壓側(cè)的交流電壓相位差0決定功率流 向：
[0022] 0< i < 時，低壓側(cè)相位超前于高壓側(cè)，功率由低壓側(cè)傳輸至高壓側(cè)；
[0023] 0》0 :>-n時，低壓側(cè)相位落后于高壓側(cè)，功率由低壓側(cè)傳輸至高壓側(cè)。
[0024] 最后應(yīng)當(dāng)說明的是：W上實施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡 管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然 可W對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何 修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1. 一種用于直流電網(wǎng)模塊化的IXL諧振型主電路，其特征在于，包括:1XL諧振型交流模 塊、直流低壓板塊和直流局壓板塊； 所述LCL諧振型交流模塊設(shè)于所述直流低壓模塊和所述直流高壓模塊之間形成Η型結(jié) 構(gòu)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LCL諧振型主電路，其特征在于， 所述LCL諧振型交流模塊為工字型結(jié)構(gòu)； 豎直部分設(shè)有諧振電容器的所述工字型結(jié)構(gòu)的四端各設(shè)有一個諧振電感。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的LCL諧振型主電路，其特征在于， 所述直流低壓模塊包括:兩相橋臂構(gòu)成的串聯(lián)回路，每相橋臂的中點處設(shè)有中性點。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的LCL諧振型主電路，其特征在于， 所述直流高壓模塊包括:兩相橋臂構(gòu)成的串聯(lián)回路，每相橋臂的中點處設(shè)有中性點。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的LCL諧振型主電路，其特征在于， 所述直流低壓模塊和所述直流高壓模塊的橋臂中性點分別與所述工字結(jié)構(gòu)的四個端 點連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的LCL諧振型主電路，其特征在于， 所述橋臂包括:橋臂電抗和依次串聯(lián)的子模塊； 所述子模塊包括:旁路開關(guān)、兩個二極管、子模塊電容器和兩個全控半導(dǎo)體器件串聯(lián)構(gòu) 成的全控半導(dǎo)體器件支路； 所述子模塊電容器并聯(lián)在所述全控半導(dǎo)體器件支路的兩端； 所述二極管反并聯(lián)在所述全控半導(dǎo)體器件的兩端； 所述旁路開關(guān)并聯(lián)在其中一個全控半導(dǎo)體器件的兩端。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的LCL諧振型主電路，其特征在于， 功率的流向由所述直流高壓模塊和所述直流低壓模塊的交流電壓相位差0訣定： 當(dāng)〇<0< η時，所述直流低壓模塊的相位超前于所述直流高壓模塊的相位，功率從所述直 流低壓模塊傳輸至所述直流高壓模塊； 當(dāng)〇〉0>-π時，所述直流低壓模塊的相位落后于所述直流高壓的相位，所述功率從所述 直流低壓模塊傳輸至所述直流高壓模塊。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于直流電網(wǎng)模塊化的LCL諧振型主電路，其包括：LCL諧振型交流模塊、直流低壓模塊和直流高壓模塊；LCL諧振型交流模塊設(shè)于直流低壓模塊和直流高壓模塊之間形成H型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用LCL諧振電路連接兩個模塊化多電平(MMC)換流器，避免了基于MMC的隔離型DC/DC變換器中高壓大容量高頻隔離變壓器的制造限制。
【IPC分類】H02M1/00, H02M3/155
【公開號】CN105576969
【申請?zhí)枴緾N201511009932
【發(fā)明人】魏曉光, 高沖, 丁驍, 王秀環(huán), 王高勇
【申請人】國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國網(wǎng)浙江省電力公司, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月29日