一種多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多端口直流變換器領(lǐng)域，特別涉及一種可應(yīng)用于多端高壓直流輸電系統(tǒng)的直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]直流輸電在可再生能源接入電力系統(tǒng)時具備較傳統(tǒng)交流輸電更為顯著的優(yōu)勢。多端直流較傳統(tǒng)直流又具有降低設(shè)備成本、維護(hù)成本等特點(diǎn)。與此同時，多端直流系統(tǒng)也存在一些亟待解決的問題:1)現(xiàn)有直流斷路器動作時間通常持續(xù)數(shù)個毫秒，考慮到直流系統(tǒng)中不存在電抗等交流系統(tǒng)中的限流元件，相應(yīng)故障將波及整個系統(tǒng)；2)現(xiàn)有直流系統(tǒng)多是分期建成點(diǎn)對點(diǎn)直流線路，之后通過互聯(lián)形成多端直流網(wǎng)。如何聯(lián)接不同電壓等級的直流線路并實(shí)現(xiàn)潮流的調(diào)配也成為多端直流系統(tǒng)的關(guān)鍵。多入多出直流變電站是用于多端直流系統(tǒng)，具有故障隔離、潮流翻轉(zhuǎn)與分配，并具備電壓調(diào)節(jié)能力的變換器系統(tǒng)?？梢?，直流變電站在多端直流系統(tǒng)中占有十分重要的地位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述需求，本發(fā)明提出一種多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以聯(lián)接不同電壓等級的直流線路并實(shí)現(xiàn)潮流的調(diào)配，適用于多端高壓直流輸電系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由多個端口電路和一個能量傳遞單元組成；每個端口電路包括端口逆變模塊和斷路器，能量傳遞單元為電感。
[0006]其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述端口逆變模塊由四個單向?qū)p向截止的開關(guān)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)端口能量的雙向流動；所述開關(guān)使用IGBT串聯(lián)二極管的結(jié)構(gòu)，或者反向阻斷型的IGBT。
[0007]其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述能量傳遞單元為電感，并具有能量輸入端口和能量輸出端口 ；正常工作時能量輸入端口將能量依次傳遞到電感中，此后電感再依次將能量傳遞到能量輸出端口，在整個工作過程中電感電流方向始終不變。
[0008]其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述端口電路如果某一條發(fā)生永久性故障，可以斷開所述故障端口的斷路器，從而不影響其他端口的工作。
[0009]其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述斷路器上電流在一個周期中有一段時間電流為零，可以實(shí)現(xiàn)斷路器上零電流切除故障端口。
[0010]其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述端口有兩種工作方式，端口向變電站輸送能量和端口從變電站吸收能量。
[0011]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:
[0012]本發(fā)明的多端口直流變電站可以實(shí)現(xiàn)直流潮流的集中控制，同時能在不影響其他端直流輸電系統(tǒng)正常工作的情況下切除故障端。在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要增加或減少端口數(shù)目，具有很高的靈活性。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是多端口直流變電站端口電路與能量傳遞單元連接的結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖3是端口模塊向直流變電站輸送能量的模態(tài)圖。
[0016]圖4是端口模塊從直流變電站吸收能量的模態(tài)圖。
[0017]圖5是所舉實(shí)施例的四端口直流變電站正常工作時的主要波形。
[0018]圖6是所舉實(shí)施例的四端口直流變電站切除端口 I后的工作波形。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0020]本發(fā)明提出一種多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由多個端口電路和一個能量傳遞單元組成。其中每個端口電路包括端口逆變模塊和斷路器，能量傳遞單元為電感。端口逆變模塊可以實(shí)現(xiàn)端口能量的雙向流動，由四個單向?qū)p向截止的開關(guān)構(gòu)成，開關(guān)可以使用IGBT串聯(lián)二極管的結(jié)構(gòu)，也可以使用反向阻斷型的IGBT。能量傳遞單元為電感，并具有能量輸入端口和能量輸出端口，正常工作時能量輸入端口將能量依次傳遞到電感中，此后電感再依次將能量傳遞到能量輸出端口，在整個工作過程中電感電流方向始終是不變的。端口電路如果某一條發(fā)生永久性故障，可以斷開所述故障端口的斷路器，從而不影響其他端口的工作。斷路器上電流在一個周期中有一段時間電流為零，可以實(shí)現(xiàn)斷路器上零電流切除故障端口。
[0021]以四端口直流變電站為例，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，包括端口 I?端口 4，每個端口的端口電路均以圖2所示的方式與能量傳遞單元-電感Lr連接。圖1中，開關(guān)管Sll?S14構(gòu)成端口 I的端口逆變模塊，開關(guān)管SCll?SC12構(gòu)成端口 I的斷路器；開關(guān)管S21?S24構(gòu)成端口 2的端口逆變模塊，開關(guān)管SC21?SC22構(gòu)成端口 2的斷路器；開關(guān)管S31?S34構(gòu)成端口 3的端口逆變模塊，開關(guān)管SC31?SC32構(gòu)成端口 3的斷路器；開關(guān)管S41?S44構(gòu)成端口 4的端口逆變模塊，開關(guān)管SC41?SC42構(gòu)成端口 4的斷路器。
[0022]端口逆變模塊的開關(guān)可導(dǎo)通方向?yàn)閳D2箭頭所指方向。在本實(shí)施例中，端口 I和端口 2向直流變電站傳遞能量，其端口工作模態(tài)如圖3所示；端口 3和端口 4從直流變電站吸收能量，其端口工作模態(tài)如圖4所示。如圖3所示，當(dāng)端口向直流變電站輸送能量時，開關(guān)管S2和開關(guān)管S3導(dǎo)通，電流依次通過開關(guān)管S2、電感Lr、開關(guān)管S3形成回路；如圖4所示，當(dāng)端口從直流變電站吸收能量時，開關(guān)管SI和開關(guān)管S4導(dǎo)通，電流依次通過開關(guān)管S1、電感Lr、開關(guān)管S4形成回路。
[0023]本實(shí)施例中，端口 I的電壓值為100kV，端口 2的電壓值為50kV，端口 3的電壓值為30kV，端口 4的電壓值為130kV，仿真波形如圖5所示。從圖5可以看出電感電流波形分為四個階段，分別對應(yīng)四個端口參與工作的模態(tài)。仿真還模擬了端口 I發(fā)生短路故障切除后的工作狀況，圖6給出了端口 I切除后的工作波形，在一個周期中電感電流的波形分成三段，分別對應(yīng)剩下的三個端口參與能量傳遞的過程。
[0024]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例?？梢岳斫猓绢I(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由多個端口電路和一個能量傳遞單元組成；每個端口電路包括端口逆變模塊和斷路器，能量傳遞單元為電感。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述端口逆變模塊由四個單向?qū)p向截止的開關(guān)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)端口能量的雙向流動；所述開關(guān)使用IGBT串聯(lián)二極管的結(jié)構(gòu)，或者反向阻斷型的IGBT。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述能量傳遞單元為電感，并具有能量輸入端口和能量輸出端口 ；正常工作時能量輸入端口將能量依次傳遞到電感中，此后電感再依次將能量傳遞到能量輸出端口，在整個工作過程中電感電流方向始終不變。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述端口電路如果某一條發(fā)生永久性故障，可以斷開所述故障端口的斷路器，從而不影響其他端口的工作。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述斷路器上電流在一個周期中有一段時間電流為零，可以實(shí)現(xiàn)斷路器上零電流切除故障端口。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述端口有兩種工作方式，端口向變電站輸送能量和端口從變電站吸收能量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由多個端口電路和一個能量傳遞單元組成；每個端口電路包括端口逆變模塊和斷路器，端口逆變模塊由四個單向?qū)p向截止的開關(guān)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)端口能量的雙向流動；能量傳遞單元為電感，在整個工作過程中電感電流方向始終不變；斷路器可以實(shí)現(xiàn)零電流切除故障端口。本發(fā)明的多端口直流變電站可以連接不同類型和多電壓等級的高壓直流輸電線路，可以實(shí)現(xiàn)直流潮流的集中控制，同時能在不影響其他端直流輸電系統(tǒng)正常工作的情況下切除故障端。在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要增加或減少端口數(shù)目，具有很高的靈活性。本發(fā)明的多端口直流變電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于多端高壓直流輸電系統(tǒng)。
【IPC分類】H02J1/10
【公開號】CN104967111
【申請?zhí)枴緾N201510315913
【發(fā)明人】劉斌, 陳武, 吳小剛, 吳鴻亮, 朱青山
【申請人】無錫中匯汽車電子科技有限公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月10日