[发明专利]一种耗能型模块化多电平换流器及控制方法

说明书

本发明属于柔性直流输电技术领域，涉及一种耗能型模块化多电平换流器及控制方法，包括：换流器采用三相六臂结构，三相中包括x相换流臂和y相耗能臂，x+y＝3，且x，y均为大于等于0的整数，换流臂包括若干串联的换流模块，耗能臂上包括若干耗能模块，耗能模块包括一与储能电容并联的IGBT，正常运行状态下，IGBT闭锁，耗能臂等效于换流臂，在子模块出现过压或停运时，IGBT导通，储能电容快速放电。其在传统模块化多电平换流器的基础上对换流器拓扑进行了优化调整，同时具备正常换流器和故障时过压抑制、盈余功率平抑，具有新增设备数量少、作用明晰、配置紧凑、占地面积优化、经济性较高等优点。

技术领域

本发明涉及一种耗能型模块化多电平换流器及控制方法，属于柔性直流输电技术领域。

背景技术

大容量柔性直流输电技术是继交流输电、常规直流输电后的一种新型输电方式，具有直流线路无充电功率限制、可实现新能源电场与交流电网的解耦等特点，具有无需换相电压、无换相失败、可交流故障穿越、电压波形质量高和有功功率无功功率可独立控制等诸多技术优势，能够实现大规模风电、光伏、抽蓄等多种能源的接入和输送，是大规模新能源接入的重要发展方向。

对于送端孤岛接入新能源(如风电、光伏等)的柔性直流输电系统，当发生受端交流电网接地等暂时性故障后，受端换流站由于交流电压跌落而导致有功功率吸收能力降低，此时送端新能源机组短时间内仍将持续输出有功功率，致使系统出现较大功率盈余，系统直流电压随之迅速上升。若不采取相应的控制措施，直流电压上升可能进一步引发系统保护动作，闭锁换流阀，同时可能会使送端新能源并网点交流电压发生连带波动，引发新能源特别是风电机组大面积脱网，系统可用率大幅度降低。考虑到新能源与直流送出系统重启时间较长，一旦系统在受端交流电网故障下穿越失败而被迫停止运行，将会造成严重的经济损失，更会对电网产生较大冲击，进而影响其安全稳定运行。

现有解决上述问题的思路，是配置灵活可控的耗能装置，以实现系统功率平衡避免出现能量盈余。根据接入位置不同可分为交流耗能装置和直流耗能装置。但对于海上风电柔直送出系统而言，海上平台面积紧张、运维困难、造价昂贵，海上送端换流站交流侧配置交流耗能装置显得非常不现实。直流耗能装置是目前海上风电柔直送出领域主要采用的解决方案，然而需要额外引入大量功率器件或模块电容；此外独立设置的耗能支路可能需要配置穿墙套管、限流电抗器、开关和测量装置等，整个成套耗能解决方案经济性较差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种耗能型模块化多电平换流器及控制方法，其在传统模块化多电平换流器的基础上对换流器拓扑进行了优化调整，同时具备正常换流器和故障时过压抑制、盈余功率平抑，具有新增设备数量少、作用明晰、配置紧凑、占地面积优化、经济性较高等优点。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种耗能型模块化多电平换流器，包括：换流器采用三相六臂结构，三相中包括x相换流臂和y相耗能臂，x+y＝3，且x，y均为大于等于0的整数，换流臂包括若干串联的换流模块，耗能臂上包括若干耗能模块，耗能模块包括一与储能电容并联的IGBT，正常运行状态下，IGBT闭锁，耗能臂等效于换流臂，在子模块出现过压或停运时，IGBT导通，储能电容快速放电。

进一步，每相换流臂和耗能臂具均包括一上桥臂和一下桥臂，每个桥臂包括若干串联的换流模块或耗能模块，每个桥臂上均设置一缓冲电感，缓冲电感用于抑制环流和故障电流上升率。

进一步，换流臂包括两个串联的子模块，旁路开关、旁路晶闸管、储能电容和均压电阻，其中，储能电容和均压电阻均与两个串联的子模块并联，且储能电容与均压电阻并联；旁路开关和旁路晶闸管均与其中一个子模块并联，且旁路开关和旁路晶闸管并联。