[发明专利]一种模块化多电平换流器模块冗余配置电路及其控制方法

说明书

 

技术领域

本发明属于柔性直流输电技术领域，涉及一种模块化多电平换流器模块冗余配置电路及其控制方法。

 

背景技术

柔性直流输电技术是一种基于电压源型换流器的新型高压直流输电(HVDC)技术，随着高压直流输电系统的广泛应用，使得柔性直流输电技术得到了广泛的关注，目前已经取得了很多成果，进而也促进了高压直流输电系统的快速发展。模块化多电平(MMC)技术作为一种新型的多电平拓扑结构，凭借其结构的优势，在柔性直流输电技术领域有着较好的应用前景。传统多电平换流器的主要拓扑结构有以下三种：二极管钳位型、电容器钳位型和H桥级联型。二极管钳位型需要大量钳位二极管，直流侧电压均衡问题复杂；电容器钳位型需要大量电容器，换流器控制复杂。这两种拓扑结构的电平扩展难度大，难以适用于高压场合。H桥级联型拓扑是当今国内外多电平领域的主流结构，该拓扑扩展灵活，不存在电容器均压问题，具有高度的稳定性和可靠性。但在高压变频领域，该拓扑需要采用移相变压器，制造难度、成本、体积大大增加，在一定程度上也限制了H桥级联型拓扑的进一步应用。模块化多电平技术，克服了传统多电平技术的缺点，借助其拓扑结构的优势，高度模块化，集成度高，拓展容易，冗余设计简单，无需辅助均压设备，降低了控制复杂度，提高了系统的可靠性，优化了硬件成本。因此，模块化多电平技术在柔性直流输电技术领域受到广泛的关注，有着巨大的应用前景。 

柔性直流输电技术主要是应用于高压直流输电系统中，长期、稳定的运行是该技术的关键。该技术的核心部分就是模块化多电平技术，如何保证模块化多电平换流器模块的正常、可靠地工作将是一个重要的课题。实际上，随着模块化多电平换流器模块数量的增加，使用时间的加长，模块器件的损坏是不可不免的，如何在模块损坏后，还能够使得模块化多电平换流器继续正常工作，否则将会影响输配电系统，对电网造成损失，因此这是一个十分关键的问题。再次背景之下，模块冗余的思想就应运而生，通过配置一定数量的冗余模块，当某些模块损坏后，立即投入冗余模块，从而保证系统的正常运行。但是，模块冗余数量的选择又成为了一个难题，冗余模块数量配置越多，系统可靠性越高，但是成本较高，冗余模块利用率较差，不经济；冗余模块数量配置越少，成本较低，但是系统的可靠性得不到保障。因此，合理有效的配置模块冗余数量就变得十分重要了。但是，目前并没有具体、有效的模块冗余配置方法。

针对模块冗余数量的配置方法，当前在柔性直流输电技术领域中，主要是根据保守原则，结合工程经验和实际情况来选择模块冗余数量。目前，模块冗余数量的配置研究较少，相关文献不多，相关文献给出了模块冗余数量的大概范围，但是依然需要结合实际工程经验进行选择。在现有的模块冗余配置中，冗余模块结构保持不变，每个模块由二个功率开关、二个反并联二极管和一个电容器构成，但是考虑到电容器不易损坏，可靠性远远高于功率开关和二极管，本发明提供了一种基于共用直流稳压电容器的模块化多电平换流器模块冗余配置电路。该电路将工作电路与冗余电路共用直流稳压电容器，有效节约一个电容器，还可以工作于三种工作模式，极大的提高了系统的可靠性。

 

发明内容

技术问题：为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种有效节约电容器、提高了系统可靠性的模块化多电平换流器模块冗余配置电路，同时提供了一种故障电路切换控制方法。       

技术方案：本发明的模块化多电平换流器模块冗余配置电路，包括共用直流稳压电容器的工作电路和冗余电路，工作电路的进线端和冗余电路的进线端通过开关连接，工作电路和冗余电路均为普通子模块功率电路。

本发明的模块化多电平换流器模块冗余配置电路中，工作电路包括依次正向串联的第一开关、第一单管功率模块、第二单管功率模块和第二开关，第一单管功率模块和第二单管功率模块之间为进线端；

冗余电路包括依次正向串联的第三开关、第三单管功率模块、第四单管功率模块和第四开关，第三单管功率模块和第四单管功率模块之间为进线端；冗余电路的进线端通过第五开关与工作电路的进线端连接；

工作电路的第一单管功率模块通过第一开关与直流稳压电容器的正极连接，第二单管功率模块通过第二开关与直流稳压电容器的负极连接，冗余电路的第三单管功率模块通过第三开关与直流稳压电容器的正极连接，第四单管功率模块通过第四开关与直流稳压电容器的负极连接。

本发明的基于上述模块化多电平换流器模块冗余配置电路进行故障电路切换控制的方法，具体包括：