[發明專利]一種模塊化多電平柔性直流系統的優化配置方法

有效

• 申請號: 201210537281.5
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103066587A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 楊杰;賀之淵;林暢;孔明;閻發友;何維國;劉雋
• 申請（專利權）人: 國網智能電網研究院;中電普瑞電力工程有限公司;上海市電力公司;國家電網公司
• 主分類號: H02J1/00
• 分類號: H02J1/00;H02M5/10
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于柔性直流輸電技術領域，具體涉及一種模塊化多電平柔性直流系統的優化配置方法。

背景技術

柔性直流輸電系統是基于以全控型器件（IGBT）為核心的電壓源型換流器的直流輸電系統，其性能優越，應用擴展性好，在風電接入、電網互聯、城市供電以及孤島供電等多個領域有著廣闊的應用前景，近年來，模塊化多電平柔性直流輸電技術發展極為迅速。

柔性直流輸電系統的換流器是其核心元件，用于實現交直流電氣量的轉換，高壓柔性直流換流器的發展從原有的兩電平拓撲、三電平拓撲，逐漸轉變為現在的模塊化多電平拓撲，其由6個橋臂組成，上下兩個橋臂為一個單項換流單元。每個橋臂由多個子模塊（Submodule,SM）串聯而成，子模塊是由兩個（或四個）IGBT(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)及電容器組成的半橋（或全橋）結構，如圖1和圖2所示。其工作原理是通過IGBT器件的開通和關斷，將電容投入電路或者退出電路，合理的控制多個子模塊的投入和退出，就可以在交直流側形成穩定的電壓，從而形成穩定的系統工作點進行功率傳輸，如圖2所示。

然而，現有的模塊化多電平技術采用多個子模塊疊加，需要大量的電容和IGBT器件，若采用全橋拓撲，需要的器件數量更多，價格非常昂貴，采用新型的拓撲以降低系統造價，并將系統從電纜應用推廣到架空線應用已成為非常重要的研究方向。

新型拓撲結構的提出為柔性直流向高壓大容量架空線領域發展提供了嶄新的方法。新型拓撲價格相對較低，損耗小，可實現大容量等級應用，有著廣闊的應用前景。

現有技術中，其拓撲結構主要有三種基本結構，結構一為采用全橋子模塊級聯和IGBT引導開關結合的形式，可以在應用較少子模塊的情況下實現功率傳輸，同時能夠實現交直流故障穿越；結構二采用單相全橋結構和半橋子模塊級聯結構串并聯的形式，實現功率傳輸，但結構二難以實現直流故障穿越，交流故障也需要通過復雜的控制實現；文章提出的結構三，即如圖4和圖5所示的敘述的拓撲結構，可通過串聯或者并聯的方式實現功率傳輸，同時由于采用全橋級聯，交直流故障穿越實現簡單。

針對上述結構二的結構，其演變的拓撲結構難以實現直流故障穿越。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種模塊化多電平柔性直流系統的優化配置方法，實現電容能量平衡。

本發明提供的一種模塊化多電平柔性直流系統的優化配置方法，其改進之處在于，所述方法包括如下步驟：

（1）配置雙極拓撲結構的換流器；

（2）根據雙極拓撲結構的換流器配置電容能量平衡電流的通路；

（3）計算子模塊的輸出電壓設定值，通過所述通路，根據輸出電壓設定值控制子模塊，用于實現電容能量平衡。

其中，步驟（1）所述配置雙極拓撲結構的換流器是通過兩個串聯型拓撲結構的換流器的負極和正極連接于同一接地點，另外的正極和負極連接傳輸線路，構成雙極拓撲結構的換流器，或

通過兩個并聯型拓撲結構的換流器的負極和正極連接于同一接地點，另外的正極和負極連接傳輸線路，構成雙極拓撲結構的換流器。

其中，所述串聯型拓撲結構的換流器是采用單相換流單元的A相負極和B相正極聯結、B相負極和C相正極聯結，A相正極和C相負極分別作為直流線路的正負極的接線形式。

其中，所述并聯型拓撲結構的換流器是采用A、B、C三相正極聯結后作為直流線路正極，A、B、C三相負極聯結后作為直流線路負極的接線形式。

其中，若所述雙極拓撲結構的換流器是通過兩個串聯型拓撲結構的換流器構成的，則在正極與接地極之間設置濾波器I，在負極與接地極之間設置濾波器I；

所述濾波器I由串聯的子模塊構成；所述子模塊包括并聯的電容和半橋結構的IGBT模塊。

其中，若所述雙極拓撲結構的換流器是通過兩個并聯型拓撲結構的換流器構成的，則在所述雙極拓撲結構的換流器的直流輸出端設置有濾波器I；

所述濾波器I由串聯的子模塊構成；所述子模塊包括并聯的電容和半橋結構的IGBT模塊。

其中，步驟（2）所述根據雙極拓撲結構的換流器配置電容能量平衡電流的通路的方法包括：

在雙極拓撲結構的換流器的交流側設置濾波器II。

其中，步驟（2）所述根據雙極拓撲結構的換流器配置電容能量平衡電流的通路的方法包括：

增加一個單項三繞組變壓器，其三個繞組對應交流電網的變壓器；所述三繞組采用心形連接的方式，任意兩個繞組之間設置有電容和電阻。