專利名稱：一種基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種靈活交流輸電領域的線間潮流控制器，具體涉及一種基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器。
背景技術：
線間潮流控制器(IPFC)是應用電力電子技術的最新發展成果以及現代控制技術實現對交流多線輸電系統的參數以及網絡結構的靈活快速控制。它的特點就是它的柔性能適應復雜系統進行一系列補償和潮流控制的要求。它可以完成單個線路獨立的綜合補償，還可以在多個線路之間進行有功傳輸。IPFC裝置可以看作是一臺靜止同步補償器(STATC0M)裝置與一臺靜止同步串聯補償器(SSSC)裝置在直流側并聯構成，它可以同時并快速、獨立控制不同線路中的有功功率和無功功率，從而使得IPFC擁有STATCOM、SSSC裝置都不具備的四象限運行功能。IPFC裝置主電路拓撲基于兩個電壓源換流器(VSC)直流側并聯的方式，其中一臺變流器交流側直接或通過變壓器與系統中一條線路并聯，另一臺變流器交流側通過變壓器與系統中另一條線路串聯。每個電壓源換流器通常基于兩電平或三電平三相電壓源換流器結構。大容量IPFC中，電壓源換流器通常基于可關斷電力電子器件(典型器件如絕緣柵雙極型晶體管IGBT)串聯的方式提高裝置的耐壓能力。可關斷器件IGBT串聯的技術難點主要表現在:受技術壟斷的影響，具有自身限制短路電流特性的IGBT器件難以采購，IGBT串聯均壓的控制技術在理論上研究的不夠深入。為降低裝置輸出諧波，需要基于較高的開關頻率，因而裝置運行損耗較大，這些限制了大容量IPFC的應用。
實用新型內容
針對現有技術的不足，本實用新型提供一種基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器，該線間潮流控制器規避了器件串聯的技術難點，具有如下特點:便于分相控制和模塊化設計；通過冗余技術可旁路故障單元，提高裝置運行可靠性；且器件開關頻率低，裝置運行損耗小。本實用新型的目的是基于下述技術方案實現的:一種基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器，其改進之處在于，所述線間潮流控制器包括靜止同步補償器I和靜止同步串聯補償器2 ；所述靜止同步補償器I包括第一換流器7和并聯變壓器8 ；所述靜止同步串聯補償器2包括第二換流器9和串聯變壓器10 ；所述第一換流器7通過并聯變壓器8并聯接入輸電線路I中；所述第二換流器9通過串聯變壓器10串聯接入輸電線路II中。其中，在所述靜止同步補償器I和所述靜止同步串聯補償器2之間設置支撐電容3 ;所述支撐電容3分別與所述靜止同步補償器I和所述靜止同步串聯補償器2并聯。[0013]其中，所述靜止同步補償器I包括第一啟動電路5 ;所述第一啟動電路5與所述并聯變壓器8的副邊連接，所述并聯變壓器8的原邊與輸電線路I并聯。其中，所述第一啟動電路5包括并聯的電阻和開關。其中，所述靜止同步串聯補償器2包括第二啟動電路6 ;所述第二啟動電路6 —端與所述第二換流器9連接；所述第二啟動電路6另一端與所述串聯變壓器10連接。其中，所述第二啟動電路6包括并聯的電阻和開關。其中，所述串聯變壓器10連接負載串聯接入輸電線路II中。其中，所述第一換流器7由三相六個橋臂構成，每個橋臂包括一個電抗器和N個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯后一端通過電抗器與所述第一啟動電路5連接；另一端與另兩個橋臂的級聯的子模塊一端連接，形成所述第一換流器7的正負極母線；或所述第一換流器7由三相六個橋臂構成，每個橋臂包括一個電抗器和N個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯后一端與所述第一啟動電路5連接，另一端串聯電抗器后與另兩個橋臂的電抗器連接，形成所述第一換流器7正負極母線。其中，所述第二換流器9由3相六個橋臂構成，每個橋臂包括I個電抗器和M個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯后一端通過電抗器與所述串聯變壓器10連接；另一端與另兩個橋臂的級聯的子模塊一端連接，形成所述第二換流器9正負極母線，與所述第一換流器7的正負極母線連接；或所述第二換流器9由3相六個橋臂構成，每個橋臂包括I個電抗器和M個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯后一端與所述串聯變壓器10連接；另一端串聯電抗器后與另兩個橋臂的電抗器連接，形成所述第二換流器9正負極母線，與所述第一換流器7的正負極母線連接。其中，所述子模塊由半橋結構與直流電容并聯構成，所述半橋結構包括兩個串聯的IGBT模塊，每個IGBT模塊包括反并聯的IGBT和二極管；所述半橋結構中點與IGBT發射極之間并聯子模塊旁路電路；所述直流電容通過取能電源為子模塊的控制電路提供電源。與現有技術比，本實用新型達到的有益效果是:1、本實用新型提供的基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器，可大幅提高裝置容量，無需基于復雜的IGBT器件串聯技術；2、本實用新型提供的基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器，可實現分相控制；3、本實用新型提供的基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器，可實現模塊化設計；4、本實用新型提供的基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器，通過冗余技術可旁路故障單元，提高裝置運行可靠性，避免了裝置頻繁的退出與投入；5、本實用新型提供的基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器，為降低輸出諧波，IGBT器件串聯方案開關頻率通常較高，裝置損耗較大；本方案基于了模塊化多電平技術，各個器件的開關頻率較低，但可實現對外等效開關頻率很高，減少輸出諧波，因此裝置運行損耗較小。
圖1是本實用新型提供的基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器基本電路結構圖；圖2是本實用新型提供的基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器主電路方案一的結構圖；圖3是本實用新型提供的基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器主電路方案二的結構圖；圖4是本實用新型提供的基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器子模塊的結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步的詳細說明。本實用新型提供的基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器基本電路結構圖如圖1所示，包括靜止同步補償器I和靜止同步串聯補償器2 ;靜止同步補償器I包括第一換流器7和并聯變壓器8 ;靜止同步串聯補償器2包括第二換流器9和串聯變壓器10 ；第一換流器7通過并聯變壓器8并聯接入輸電線路I中；所述第二換流器9通過串聯變壓器10串聯接入輸電線路II中。實施例1本實施例提供的一種基于模塊化多電平換流器結構的可轉換式靜止補償器如圖2所示，包括靜止同步補償器I和靜止同步串聯補償器2 ;靜止同步補償器I包括第一換流器7和并聯變壓器8 ;靜止同步串聯補償器2包括第二換流器9和串聯變壓器10 ；第一換流器7由三相六橋臂構成，六個橋臂結構相同，每個橋臂包括I個電抗器和N (N為自然數)個結構相同的子模塊；所述子模塊級聯后通過電抗器與所述第一啟動電路5連接；具體的，子模塊的半橋結構中點與下管IGBT發射極分別作為子模塊引出端，依次與前后的模塊級聯，再與一個電抗器串聯構成I個橋臂，上下兩個橋臂串聯，構成I相換流裝置，3相換流裝置整體并聯，并引出第一換流器7正負母線。上下橋臂中點處作為靜止同步補償器的輸出端，即在子模塊串聯電抗器后與第一啟動電路5并聯后接入輸電線路I。第一啟動電路5包括并聯的電阻和開關。第二換流器9和第一換流器7結構相同，由三相六橋臂構成，每個橋臂包括I個電抗器和M (M為自然數，M可以等于N，也可以不等于N)個結構相同的子模塊；子模塊級聯后通過電抗器、串聯變壓器10后和負載連接。第一換流器7的正負母線和第二換流器9的正負母線對應連接。本實施例的子模塊通過電抗器與系統連接，一方面可以抑制來自電網的雷電、操作波對設備的侵害，另一方面可以抑制換流裝置輸出諧波。串聯變壓器10連接負載串聯接入輸電線路II中。優選的，本實施例在所述靜止同步補償器I和所述靜止同步串聯補償器2之間設置支撐電容3 ;第一換流器7的正負母線和第二換流器9的正負母線之間并聯支撐電容3。兩個換流裝置通過由支撐電容3構成的中間直流環節相連，這樣有功功率可以在兩個換流裝置之間進行雙向傳遞；無功功率可由每個換流裝置在其交流側獨立地與系統進行交換。優選的，本實施例的靜止同步補償器I的并聯變壓器8的副邊與第一啟動電路5連接，并聯變壓器8的原邊并聯接入輸電線路I中。并聯變壓器8用于實現電網電壓與靜止同步補償器輸出電壓的匹配。優選的，本實施例的靜止同步串聯補償器2還可以包括第二啟動電路6，第二啟動電路6由并聯的電阻和開關組成。第二啟動電路6 —端與第二換流器9連接，另一端與串聯變壓器10 —端連接，串聯變壓器10另一端串聯接入輸電線路II中。第二啟動電路6可以實現第二換流器9平穩啟動。串聯變壓器10用于實現電網電壓與靜止同步串聯補償器輸出電壓的匹配。優選的，本實施例的統一潮流控制器為了安全設置，還設置了旁路開關4，旁路開關4與串聯變壓器10并聯，用于實現靜止同步串聯補償器的退出。本實施例的子模塊用于輸出所需電壓，本實用新型提供的基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器子模塊的結構如圖4所示，其由半橋結構與直流電容構成，所述半橋結構包括上下兩個串聯的IGBT模塊，上管IGBT集電極與下管IGBT發射極之間并聯直流電容，半橋結構中點與下管IGBT發射極之間并聯子模塊旁路電路，取能電源從直流電容器取電，為子模塊的控制電路提供控制電源。子模塊的直流電容用于提供子模塊電壓支撐。子模塊內部故障時，其旁路電路用于使子模塊退出運行，實現靜止同步補償器的冗余運行。取能電源用于給子模塊控制電路提供控制電源。控制電路用于實現對子模塊的控制、監測及保護。本實施例的旁路電路可由開關實現，控制電路可由數字或模擬電路實現。取能電源可參考專利 201010624225.6 或 ZL201020700480.X 實現。實施例2本實施例與實施例1基本相同，但區別點在于:第一換流器7和第二換流器9中的電抗器的位置不同。本實施例的電抗器串聯在第一換流器7和第二換流器9正負母線側，如圖3所示。其用于抑制換流裝置輸出諧波。具體的，第一換流器7由三相六橋臂構成，每個橋臂包括一個電抗器和N個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯后一端與所述第一啟動電路5連接，另一端串聯電抗器后與另兩個橋臂的電抗器連接，形成第一換流器7正負極母線。第二換流器9由三相六橋臂構成，每個橋臂包括I個電抗器和M個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯后一端與所述串聯變壓器10連接；另一端串聯電抗器后與另兩個橋臂的電抗器連接，形成第二換流器9正負極母線，與第一換流器7的正負極母線連接。最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器，其特征在于，所述線間潮流控制器包括靜止同步補償器(I)和靜止同步串聯補償器(2)； 所述靜止同步補償器(I)包括第一換流器(7 )和并聯變壓器(8 ); 所述靜止同步串聯補償器(2 )包括第二換流器(9 )和串聯變壓器(10 ); 所述第一換流器(7)通過并聯變壓器(8)并聯接入輸電線路I中；所述第二換流器(9)通過串聯變壓器(10)串聯接入輸電線路II中。
2.如權利要求1所述的線間潮流控制器，其特征在于，在所述靜止同步補償器(I)和所述靜止同步串聯補償器(2)之間設置支撐電容(3);所述支撐電容(3)分別與所述靜止同步補償器(I)和所述靜止同步串聯補償器(2)并聯。
3.如權利要求1所述的線間潮流控制器，其特征在于，所述靜止同步補償器(I)包括第一啟動電路(5);所述第一啟動電路(5)與所述并聯變壓器(8)的副邊連接，所述并聯變壓器(8)的原邊與輸電線路I并聯。
4.如權利要求3所述線間潮流控制器，其特征在于，所述第一啟動電路(5)包括并聯的電阻和開關。
5.如權利要求1所述的線間潮流控制器，其特征在于，所述靜止同步串聯補償器(2)包括第二啟動電路(6);所述第二啟動電路(6) —端與所述第二換流器(9)連接；所述第二啟動電路(6)另一端與所述串聯變壓器(10)連接。
6.如權利要求5所述的線間潮流控制器，其特征在于，所述第二啟動電路(6)包括并聯的電阻和開關。
7.如權利要求1所述的線間潮流控`制器，其特征在于，所述串聯變壓器(10)連接負載串聯接入輸電線路II中。
8.如權利要求1所述的線間潮流控制器，其特征在于，所述第一換流器(7)由三相六個橋臂構成，每個橋臂包括一個電抗器和N個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯后一端通過電抗器與所述第一啟動電路(5)連接；另一端與另兩個橋臂的級聯的子模塊一端連接，形成所述第一換流器(7)的正負極母線；或 所述第一換流器(7)由三相六個橋臂構成，每個橋臂包括一個電抗器和N個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯后一端與所述第一啟動電路(5)連接，另一端串聯電抗器后與另兩個橋臂的電抗器連接，形成所述第一換流器(7)正負極母線。
9.如權利要求1所述的線間潮流控制器，其特征在于，所述第二換流器(9)由3相六個橋臂構成，每個橋臂包括I個電抗器和M個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯后一端通過電抗器與所述串聯變壓器(10)連接；另一端與另兩個橋臂的級聯的子模塊一端連接，形成所述第二換流器(9)正負極母線，與所述第一換流器(7)的正負極母線連接；或 所述第二換流器(9)由3相六個橋臂構成，每個橋臂包括I個電抗器和M個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯后一端與所述串聯變壓器(10)連接；另一端串聯電抗器后與另兩個橋臂的電抗器連接，形成所述第二換流器(9)正負極母線，與所述第一換流器(7)的正負極母線連接。
10.如權利要求8-9中任一項所述的線間潮流控制器，其特征在于，所述子模塊由半橋結構與直流電容并聯構成，所述半橋結構包括兩個串聯的IGBT模塊，每個IGBT模塊包括反并聯的IGBT和二極管；所述半橋結構中點與IGBT發射極之間并聯子模塊旁路電路；所述直流電容通過取能 電源為子模塊的控制電路提供電源。
專利摘要本實用新型涉及一種基于模塊化多電平換流器結構的線間潮流控制器。線間潮流控制器包括靜止同步補償器(1)和靜止同步串聯補償器(2)；靜止同步補償器(1)包括第一換流器(7)和并聯變壓器(8)；靜止同步串聯補償器(2)包括第二換流器(9)和串聯變壓器(10)；第一換流器(7)通過并聯變壓器(8)并聯接入輸電線路I中；第二換流器(9)通過串聯變壓器(10)串聯接入輸電線路II中；統一潮流控制器包括旁路開關(4)；所述旁路開關(4)與所述串聯變壓器(10)并聯。該線間潮流控制器規避了器件串聯的技術難點，便于分相控制和模塊化設計；通過冗余技術可旁路故障單元，提高裝置運行可靠性；且器件開關頻率低，裝置運行損耗小。
文檔編號H02J3/18GK203039365SQ20122037483
公開日2013年7月3日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者王軒, 喻勁松, 閆殳裔, 李欣, 武守遠, 張宇 申請人:中電普瑞科技有限公司, 上海市電力公司, 國家電網公司