一種lcc-hvdc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其可控子模塊充電初始電壓確定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種串入可控子模塊的LCC-HVDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為在六脈動(dòng)換流器的六個(gè)閥臂上串聯(lián)若干可控子模塊；本發(fā)明還提供了一種針對(duì)串入可控子模塊的LCC-HVDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可控子模塊的最優(yōu)充電初始電壓確定方法，用于防止可控子模塊電容電壓不受控制，保證可控子模塊的正常工作運(yùn)行，提高LCC-HVDC拓?fù)鋵?duì)換相失敗的防御作用。
【專利說(shuō)明】—種LCC-HVDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其可控子模塊充電初始電壓確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輸配電【技術(shù)領(lǐng)域】的裝置，具體講涉及一種串入可控子模塊的LCC-HVDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其可控子模塊充電初始電壓確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)50年代以來(lái),傳統(tǒng)電網(wǎng)換相高壓直流輸電(Line-Commutated-ConverterHigh Voltage Direct Current, LCC-HVDC)以其大容量遠(yuǎn)距離輸電、有功功率快速可控等特點(diǎn)在世界范圍內(nèi)得到了快速的發(fā)展。但由于其采用不能自關(guān)斷的晶閘管作為換流器件，需要一定強(qiáng)度的交流系統(tǒng)提供換相電壓，這使其具有一定的局限性，突出表現(xiàn)為換相失敗問(wèn)題。換相失敗的發(fā)生嚴(yán)重限制了直流系統(tǒng)傳輸功率，使得傳輸功率從正常值突然下降到很小的值甚至是零，為整個(gè)交-直-交系統(tǒng)帶來(lái)巨大的擾動(dòng)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上對(duì)換流器進(jìn)行的改進(jìn)主要包括電容器換相換流器(Capacitor Commutated Converter, CCC)、可控串聯(lián)電容器換流器(Controlled SeriesCapacitor Converter, CSCC)和電壓源換流器(Voltage Source Converter, VSC)等。但CCC存在以下問(wèn)題:當(dāng)三個(gè)換相電容器上的電壓不平衡時(shí)，逆變器的換相性能將變壞[I]；在換相故障時(shí)，電容器持續(xù)充電至過(guò)電壓，換流器將失去自恢復(fù)能力；引入的電容器造成直流輸電系統(tǒng)中的電流諧波污染問(wèn)題[12]。與CCC把電容器放在換流變壓器閥側(cè)不同，CSCC把電容器放在換流變壓器網(wǎng)側(cè)，并可對(duì)電容值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，但本質(zhì)與CCC相似。VSC雖然沒(méi)有換相失敗問(wèn)題，但其在遠(yuǎn)距離大容量輸電中無(wú)法替代LCC-HVDC的地位。
[0004]本發(fā)明針對(duì)一種改進(jìn)的LCC-HVDC拓?fù)?。該改進(jìn)的LCC-HVDC拓?fù)渑cCCC最大的不同是將電容器封裝在一種可控子模塊中，可控子模塊能控制其內(nèi)部電容的旁路和投入，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)子模塊輸出電壓的控制。當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，在該改進(jìn)LCC-HVDC拓?fù)渲械哪硟蓚€(gè)閥臂進(jìn)行換相時(shí)，通過(guò)控制對(duì)應(yīng)閥臂上的子模塊，使其內(nèi)部的電容投入到換相過(guò)程中。此時(shí)子模塊的輸出電壓即為電容電壓，為換相過(guò)程提供了輔助換相電壓。在換相過(guò)程中，若電容被投入，且電容電壓值越大，則子模塊輸出電壓越大，對(duì)換相過(guò)程的幫助作用越明顯。
[0005]然而，在該改進(jìn)的LCC-HVDC拓?fù)渲?，?dāng)電容投入時(shí)，電容將被充電或放電，其電壓值將隨著換相過(guò)程的進(jìn)行而升高或降低。若不對(duì)電容電壓進(jìn)行控制，則當(dāng)電容電壓過(guò)高時(shí)，子模塊中各開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓過(guò)高，威脅到子模塊的正常工作運(yùn)行；當(dāng)電容電壓過(guò)低時(shí)，則子模塊輸出電壓亦較低，對(duì)換相過(guò)程的幫助作用有限。
[0006]綜上，改進(jìn)的LCC-HVDC拓?fù)鋵?duì)提高原LCC-HVDC拓?fù)涞钟鶕Q相失敗的能力有一定作用，但如果其可控子模塊電容電壓不受控制，則可能威脅到可控子模塊的正常工作運(yùn)行，或降低所述改進(jìn)的LCC-HVDC拓?fù)鋵?duì)換相失敗的防御作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種串入可控子模塊的LCC-HVDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其充電初始電壓確定方法。
[0008]實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為:
[0009]一種串入可控子模塊的LCC-HVDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其改進(jìn)之處在于:所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為在六脈動(dòng)換流器的閥臂中串聯(lián)可控子模塊，所述可控子模塊輸出的兩端口并聯(lián)均壓回路；所述可控子模塊包括電容和依次連接的由二極管和IGBT組成的器件組。
[0010]進(jìn)一步的，所述IGBT采用多個(gè)IGBT并聯(lián)結(jié)構(gòu)的IGBT組；
[0011]所述六脈動(dòng)換流器的六個(gè)閥臂上串聯(lián)一個(gè)或多個(gè)所述可控子模塊。
[0012]進(jìn)一步的，所述器件組的數(shù)目為二 ；所述二極管和IGBT的數(shù)目分別為一。
[0013]進(jìn)一步的，所述器件組的器件組一的IGBT的集電極與所述二極管的正極連接；所述器件組的器件組二的所述IGBT的射極與所述二極管的負(fù)極連接；
[0014]所述器件組一的二極管的負(fù)極與所述器件組二的IGBT的集電極連接；所述器件組二的二極管的正極與所述器件組一的IGBT的射極連接；
[0015]所述電容的正極與負(fù)極分別連接在所述器件組一的二極管和所述器件組二的IGBT與所述器件組二的二極管和所述器件組一的IGBT之間。
[0016]一種確定上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可控子模塊充電初始電壓方法，其改進(jìn)之處在于:所述方 法包括以下步驟:
[0017]1、確定所述可控子模塊的電抗值)?、電容值C、待關(guān)斷閥臂的關(guān)斷過(guò)程中所對(duì)應(yīng)的交流系統(tǒng)的線電壓有效值U、平均直流電流Id、待關(guān)斷閥臂的觸發(fā)角α和待關(guān)斷閥臂的關(guān)斷角Y ;
[0018]I1、確定所述可控子模塊的充電初始電壓。
[0019]進(jìn)一步的，所述步驟I中，按下式確定線電壓有效值U:
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種串入可控子模塊的LCC-HVDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為在六脈動(dòng)換流器的閥臂中串聯(lián)可控子模塊，所述可控子模塊輸出的兩端口并聯(lián)均壓回路；所述可控子模塊包括電容和依次連接的由二極管和IGBT組成的器件組。
2.如權(quán)利要求1所述的LCC-HVDC結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述IGBT采用多個(gè)IGBT并聯(lián)結(jié)構(gòu)的IGBT組； 所述六脈動(dòng)換流器的六個(gè)閥臂上串聯(lián)一個(gè)或多個(gè)所述可控子模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述器件組的數(shù)目為二；所述二極管和IGBT的數(shù)目分別為一。
4.如權(quán)利要求1所述的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述器件組的器件組一的IGBT的集電極與所述二極管的正極連接；所述器件組的器件組二的所述IGBT的射極與所述二極管的負(fù)極連接； 所述器件組一的二極管的負(fù)極與所述器件組二的IGBT的集電極連接；所述器件組二的二極管的正極與所述器件組一的IGBT的射極連接； 所述電容的正極與負(fù)極分別連接在所述器件組一的二極管和所述器件組二的IGBT與所述器件組二的二極管和所述器件組一的IGBT之間。
5.一種確定上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可控子模塊充電初始電壓方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 1、確定所述可控子模塊的電抗值Xp電容值C、待關(guān)斷閥臂的關(guān)斷過(guò)程中所對(duì)應(yīng)的交流系統(tǒng)的線電壓有效值U、平均直流電流Td、待關(guān)斷閥臂的觸發(fā)角a和待關(guān)斷閥臂的關(guān)斷角Y ; I1、確定所述可控子模塊的充電初始電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述步驟I中，按下式確定線電壓有效值U:


7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述步驟I中，按下式確定所述平均直流電流Id:

8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述步驟I中，確定所述待關(guān)斷閥臂的觸發(fā)角α和所述待關(guān)斷閥臂的關(guān)斷角Y的確定方法為:采用同相上的另一閥臂剛結(jié)束的關(guān)斷過(guò)程中測(cè)量得到的觸發(fā)角α和所述關(guān)斷角Y作為待關(guān)斷閥臂的所述可控子模塊的所述待關(guān)斷閥臂的觸發(fā)角α和所述待關(guān)斷閥臂的關(guān)斷角Y。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述步驟II包括:確定換相過(guò)程結(jié)束時(shí)Wt = μ = J1-a-Y，其中，α為所述LCC-HVDC拓?fù)涞拇P(guān)斷閥臂的觸發(fā)角，Y為所述LCC-HVDC拓?fù)涞拇P(guān)斷閥臂的關(guān)斷角；ω = d Θ/dt, Θ為所述交流系統(tǒng)的線電壓的相角； 按下式確定充電初始電壓:
【文檔編號(hào)】H02J3/36GK103986178SQ201410193512
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】劉羽超, 郭春義, 趙成勇, 倪曉軍, 許韋華, 陽(yáng)岳希 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué), 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司