[发明专利]一种直流电网潮流控制器拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流电网潮流控制器拓扑。

背景技术

随着传统能源的短缺和环境恶化问题的不断加剧，世界各国已经认识到能源的利用与开发必须从传统能源向绿色可再生能源等清洁能源过渡。近年来，风能、太阳能等新能源技术得到了快速发展，但由于其具有间歇性、不稳定性等特点，使得接纳超大规模新能源的传统技术受到越来越多的限制，必须采用新的技术、装备和电网结构来满足未来能源格局的深刻变化。而基于常规直流及柔性直流的多端直流输电系统和直流电网技术是解决这一问题的有效技术手段之一。

直流电网具有3种基本拓扑结构，分别为树枝状、环状和网状，多种基本结构组合为复杂的直流电网。在含有环、网状结构的直流电网中，含有网孔和冗余，这大大提高了系统的灵活性与可靠性，但是换流站之间可能存在多条输电线路，使得输电线路的数目大于换流站个数，导致线路上的潮流不能仅依靠换流站的电压、电流控制实现有效调节，即直流潮流控制自由度不够，这为整个网络的潮流控制提出了挑战。因此，需要引入额外的直流电网潮流控制设备，即直流潮流控制器，增加系统控制自由度，提高系统对潮流的有效控制能力。

近年来，国内外一些研究人员已就直流潮流控制问题，提出了相关潮流控制设备，其基本思想是利用半导体器件改变网络支路的参数，从而影响系统潮流的约束条件，达到控制系统潮流分布的目的。根据其基本工作原理，可分为电阻性和电压型两大类。通过开关的投切，改变串入支路的等效电阻，进而达到调节支路电流的作用。电阻是有功消耗型器件，串入电阻消耗的额外功率一般较大，十分不经济，实际工程应用中一般不予考虑。

有文献(Mu Q，Liang J，Li Y L，et al.Power flow control devices in DC grids[C]//2012IEEE Power and Energy Society General Meeting.San Diego，CA：IEEE，2012：1-7.Veilleux E，Ooi B T.Multiterminal HVDC with thyristor power-flow controller[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2012，27(3)：1205-1212.)提出了2种辅助电压源拓扑结构，通过换流变压器从交流系统取能。这样的结构中，换流变压器阀侧需要承受直流系统级的高电压偏置，给变压器的绝缘设计带来了较大难度，同时也增加了设备成本。另一方面，较多电力电子器件的引入导致系统运行损耗增加，不经济。有文献(Mukherjee S，Jonsson T U，Subramanian S，et al.Apparatus for controlling the electric power transmission in a HVDC transmission system[P].US 20130170255A1，2013.Juhlin L E.Power flow control in a meshed HVDC power transmission network[P].US 20120033462Al，2011.)提出了一种DC/DC变换器，两者运行机理相似。电路结构主要包含取能部分和换流部分，取能电路从直流系统中取能，利用调制控制输出交流电压波形，经变压器变压后，再经三相六脉动晶闸管桥输出直流电压用于调节支路潮流，这种拓扑结构同样需要较多电力电子器件的引入导致系统运行损耗增加。并且直流取能系统中需要多个IGBT串联工作，技术难度较大。

发明内容

本发明提出一种新的直流电网潮流控制器拓扑，可使整个换流站在具备直流潮流控制能力的同时，降低成本与运行损耗。

所述的直流电网潮流控制器拓扑由第一导向开关模块，第二导向开关模块和全桥子模块组成。第一导向开关模块的第一引出端子与第二导向开关模块的第一引出端子连接，作为所述直流电网潮流控制器的第一引出端子，第一导向开关模块的第二引出端子与全桥子模块的第一引出端子连接，连接点作为所述直流电网潮流控制器的第二引出端子，第二导向开关模块的第二引出端子与全桥子模块的第二引出端子连接，作为所述直流电网潮流控制器的第三引出端子。

所述的第一导向开关模块由第一全控型半导体器件、第二全控型半导体器件及其各自的反并联二极管组成。第一全控型半导体器件的发射极与第一全控型半导体器件的发射极连接，第一全控型半导体器件的集电极作为第一导向开关模块的第一引出端子，第二全控型半导体器件的集电极作为第一导向开关模块的第二引出端子。