模塊化的變流器拓?fù)浼皳Q流器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種采用電壓源型換流器單元通過多繞組變壓器級聯(lián)的變流器， 尤其設(shè)及一種模塊化的變流器拓?fù)浼皳Q流器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前可關(guān)斷功率開關(guān)器件的電壓等級最大只有幾千伏，采用換流器單元串連的方 式，將顯著減小換流器對開關(guān)器件的電壓和電流承受能力的要求。將低電壓的電壓源型換 流器單元直流輸出端串連，實(shí)現(xiàn)高壓直流輸出，從而構(gòu)造出適合直流輸電應(yīng)用的高壓直流 輸電換流器。
[0003] 采用基本換流器單元串連的直流輸電換流器，每個換流器單元具有交流輸入端和 直流輸出端，多個模塊的交流側(cè)連接到多繞組變壓器，多個模塊直流側(cè)的輸出端子串連。當(dāng) 其中一個換流器單元發(fā)生故障時，整個換流器需要閉鎖停運(yùn)。高壓直流輸電換流器具有多 個模塊串連，換流器運(yùn)行可靠性將受各串連單元的影響。如何在換流器故障時，有效地隔離 故障單元，實(shí)現(xiàn)單元故障時換流器不間斷連續(xù)運(yùn)行，是串連換流器輸電系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。
[0004] 當(dāng)直流輸電換流器采用Ξ相兩電平全控橋單元的直流輸出端直接串連，當(dāng)串連的 換流器單元出現(xiàn)故障時，整個換流器的運(yùn)行將受到影響。Ξ相全控橋輸出端并聯(lián)有儲能電 容器，直接在儲能電容兩端并聯(lián)開關(guān)，開關(guān)合閩時電容將通過旁路開關(guān)產(chǎn)生幾 kA~幾十kA 的放電電流，從而影響換流器的穩(wěn)定運(yùn)行。若采用電子式開關(guān)旁路故障換流器單元，在換流 器單元故障失電的情況下電子開關(guān)可能無法可靠旁路故障模塊，導(dǎo)致?lián)Q流器退出運(yùn)行，且 電子式開關(guān)造價昂貴。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的，在于提供一種低成本模塊化的變流器拓?fù)浼皳Q流器系統(tǒng)，其 具有在換流器子模塊故障時將故障模塊短路，使得發(fā)生故障的換流器模塊與其它運(yùn)行模塊 快速隔離，換流器可W繼續(xù)維持運(yùn)行。
[0006] 本實(shí)用新型通過如下方案解決上述技術(shù)問題，模塊化的變流器拓?fù)?，包括至少?個串聯(lián)的換流器子模塊，所述換流器子模塊具有至少一個儲能器7和均壓電阻8,所述均壓 電阻并聯(lián)于儲能器兩端;所述換流器子模塊還包括與儲能器并聯(lián)連接的第一級聯(lián)電路100， 所述第一級聯(lián)電路100為6個功率半導(dǎo)體單元組成的Ξ相橋式電路，所述功率半導(dǎo)體單元可 通過控制信號觸發(fā)導(dǎo)通和關(guān)斷，第一級聯(lián)電路100具有交流第Ξ接線端子、第四接線端子和 第五接線端子;其特征在于，所述換流器子模塊還包括與儲能器并聯(lián)的第二級聯(lián)電路200， 所述第二級聯(lián)電路200由烙斷器9、半導(dǎo)體單元10和機(jī)械開關(guān)組成；所述第二級聯(lián)電路 (200)通過第一接線端子和第二接線端子引出；所述機(jī)械開關(guān)并聯(lián)于第一接線端子和第二 接線端子兩端，可W通過合閩控制將第一接線端子和第二接線端子短路。
[0007] 進(jìn)一步的，每個換流器子模塊通過交流第Ξ接線端子、第四接線端子和第五接線 端子與Ξ相交流電路連接;第一接線端子和第二接線端子用于與直流電路連接；
[000引進(jìn)一步的，半導(dǎo)體單元10是二極管，二極管的陽極與儲能器7的負(fù)極端子c-相連， 二級管的陰極與烙斷器的一端相連，烙斷器的另一端與儲能器的C+相連。
[0009] 進(jìn)一步的，半導(dǎo)體單元10是二極管，二極管的陰極與儲能器7的正極端子C+相連； 二級管的陽極與烙斷器的一端相連，烙斷器的另一端與儲能器的負(fù)極性C-相連。
[0010] 進(jìn)一步的，儲能器是電容器。
[0011] 進(jìn)一步的，機(jī)械開關(guān)是一個或多個真空開關(guān)管。
[0012] 進(jìn)一步的，機(jī)械開關(guān)具有合閩保持功能，保護(hù)合閩后即使在失電情況下開關(guān)能維 持合閩。
[0013] 進(jìn)一步的，通過對第一級聯(lián)電路100采用脈寬調(diào)制可W在儲能器兩端產(chǎn)生穩(wěn)定的 直流電壓，機(jī)械開關(guān)在換流器運(yùn)行時處于分閩狀態(tài)，當(dāng)子模塊故障時，通過控制電路將故障 子模塊的機(jī)械開關(guān)合閩將第一接線端子和第二接線端子短路，換流器子模塊機(jī)械開關(guān)合閩 將第一接線端子和第二接線端子短路后，烙斷器流過較大放電電流，快速烙斷，將故障模塊 隔離。
[0014] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型采取的另一種技術(shù)方案為:包括上述的模塊化 的變流器拓?fù)涞膿Q流器系統(tǒng)，其特征在于:還包括Ξ相交流濾波器F和多繞組變壓器T，換流 器子模塊的第一接線端子、第四接線端子和第五接線端子分別連接到Ξ相交流濾波器F后 再分別連接到多繞組變壓器T的二次側(cè)繞組，多繞組變壓器T的一次側(cè)繞組與電網(wǎng)相連，換 流器子模塊的第一接線端子和第二接線端子依次級聯(lián)延伸，首端的子模塊第一接線端子連 接到直流電路的正極端P，末端的子模塊第二接線端子連接到直流電路的負(fù)極端N。
[0015] 進(jìn)一步的，當(dāng)換流器子模塊開關(guān)合閩將第一接線端子和第二接線端子短路，退出 運(yùn)行后，通過控制可W使其它子模塊的電壓提高從而使直流母線電壓維持不變，換流器具 有冗余運(yùn)行能力。
[0016] 交流濾波器F可W是單電感、LC濾波器、1XL濾波器或一段導(dǎo)線。
[0017] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0018] 1)按照本實(shí)用新型提出的子模塊構(gòu)成換流器系統(tǒng)，每個換流器子模塊具有交流輸 入端和直流輸出端，多個子模塊在交流側(cè)連接到多繞組變壓器，直流側(cè)多個模塊的輸出端 子串連，采用本實(shí)用新型子模塊構(gòu)成的換流器可W實(shí)現(xiàn)較高電壓等級的雙向能量AC/DC變 換。
[0019] 2)換流器通過多個子模塊串連提高輸出直流電壓等級，通過構(gòu)造烙斷器、半導(dǎo)體 單元和機(jī)械開關(guān)組成的電路結(jié)構(gòu)可W在子模塊故障時將故障模塊短路，通過調(diào)整換流器其 它子模塊的控制參數(shù)，可W維持換流器繼續(xù)運(yùn)行，解決換流器冗余運(yùn)行難題。
[0020] 3)本實(shí)用新型電路簡潔，能夠方便地對換流器單元進(jìn)行電氣接線，采用機(jī)械開關(guān) 作為換流器的旁路開關(guān)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。換流器運(yùn)行時開關(guān)處于分閩狀態(tài)，當(dāng)子模塊故 障時，可W通過控制電路將故障子模塊的機(jī)械開關(guān)合閩將第一接線端子和第二接線端子短 路，有效地將故障模塊旁路。
[0021] 4)將烙斷器與機(jī)械開關(guān)配合使用實(shí)現(xiàn)子模塊冗余運(yùn)行利用烙斷器物理特性限制 儲能器的放電，烙斷器運(yùn)行損耗低，可W采用自然冷卻方式，另外無需附加驅(qū)動電路，具有 成本低等優(yōu)點(diǎn)。子模塊的烙斷器同時也可對系統(tǒng)發(fā)生直流側(cè)短路的故障進(jìn)行保護(hù)。
[0022] 5)具有不少于兩個串連的Ξ相電壓源型換流器模塊，可W實(shí)現(xiàn)高壓直流輸出，并 具有冗余運(yùn)行能力。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本實(shí)用新型一種串聯(lián)型AC\DC換流器拓?fù)涞脑硎疽鈭D；
[0024] 圖2是本實(shí)用新型換流器的串聯(lián)子模塊的一種實(shí)施例；
[0025] 圖3是本實(shí)用新型的子模塊另外一種實(shí)施例；
[0026] 圖2中XI為第一接線端子，X2為第二接線端子，L1為第Ξ接線端子，L2為第四接線 端子，L3為第五接線端子；
【具體實(shí)施方式】
[0027] W下將結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 圖1給出本換流器系統(tǒng)的一種示例。換流器具有不少于2個串連的子模塊單元，子 模塊的第一接線端子、第四接線端子和第五接線端子分別連接到Ξ相交流濾波器F后再分 別連接到多繞組變壓器T的二次側(cè)繞組，多繞組變壓器的一次側(cè)繞組與電網(wǎng)相連，子模塊的 第一接線端子、第二接線端子依次級聯(lián)延伸，首端子模塊單元經(jīng)由第一接線端子連接到直 流電路的正極P，末端模塊經(jīng)由第二接線端子連接至直流電路的負(fù)極性端N，構(gòu)成AC\DC換流 器。多繞組變壓器可W是普通多繞組變壓器、帶輔助繞組的多繞組變壓器、移相變壓器或帶 輔助繞組的移相變壓器。具有初級繞組和次級繞組的多繞組變壓器用于在換流器和交流電 網(wǎng)之間隔離。交流濾波器F可W是單電感、LC濾波器、1XL濾波器或一段導(dǎo)線。
[0030] 實(shí)施例2
[0031] 在圖2給出的模塊化的變流器拓?fù)湟环N是實(shí)力，通過變壓器連接至交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn) 交流-直流變換及能量的傳輸。需要指出的是本實(shí)用新型提出換流器還可W是用于電力傳 動的換流器。
[0032] 構(gòu)成AC/DC