一種lcc-hvdc拓撲結構及其可控子模塊充電初始電壓確定方法
【專利摘要】本發明提供了一種串入可控子模塊的LCC-HVDC拓撲結構，該拓撲結構為在六脈動換流器的六個閥臂上串聯若干可控子模塊；本發明還提供了一種針對串入可控子模塊的LCC-HVDC拓撲結構的可控子模塊的最優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行，提高LCC-HVDC拓撲對換相失敗的防御作用。
【專利說明】—種LCC-HVDC拓撲結構及其可控子模塊充電初始電壓確定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種輸配電【技術領域】的裝置，具體講涉及一種串入可控子模塊的LCC-HVDC拓撲結構及其可控子模塊充電初始電壓確定方法。
【背景技術】
[0002]20世紀50年代以來,傳統電網換相高壓直流輸電(Line-Commutated-ConverterHigh Voltage Direct Current, LCC-HVDC)以其大容量遠距離輸電、有功功率快速可控等特點在世界范圍內得到了快速的發展。但由于其采用不能自關斷的晶閘管作為換流器件，需要一定強度的交流系統提供換相電壓，這使其具有一定的局限性，突出表現為換相失敗問題。換相失敗的發生嚴重限制了直流系統傳輸功率，使得傳輸功率從正常值突然下降到很小的值甚至是零，為整個交-直-交系統帶來巨大的擾動。
[0003]現有技術中，從拓撲結構上對換流器進行的改進主要包括電容器換相換流器(Capacitor Commutated Converter, CCC)、可控串聯電容器換流器(Controlled SeriesCapacitor Converter, CSCC)和電壓源換流器(Voltage Source Converter, VSC)等。但CCC存在以下問題:當三個換相電容器上的電壓不平衡時，逆變器的換相性能將變壞[I]；在換相故障時，電容器持續充電至過電壓，換流器將失去自恢復能力；引入的電容器造成直流輸電系統中的電流諧波污染問題[12]。與CCC把電容器放在換流變壓器閥側不同，CSCC把電容器放在換流變壓器網側，并可對電容值進行動態調整，但本質與CCC相似。VSC雖然沒有換相失敗問題，但其在遠距離大容量輸電中無法替代LCC-HVDC的地位。
[0004]本發明針對一種改進的LCC-HVDC拓撲。該改進的LCC-HVDC拓撲與CCC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部電容的旁路和投入，進而實現對子模塊輸出電壓的控制。當交流系統發生故障時，在該改進LCC-HVDC拓撲中的某兩個閥臂進行換相時，通過控制對應閥臂上的子模塊，使其內部的電容投入到換相過程中。此時子模塊的輸出電壓即為電容電壓，為換相過程提供了輔助換相電壓。在換相過程中，若電容被投入，且電容電壓值越大，則子模塊輸出電壓越大，對換相過程的幫助作用越明顯。
[0005]然而，在該改進的LCC-HVDC拓撲中，當電容投入時，電容將被充電或放電，其電壓值將隨著換相過程的進行而升高或降低。若不對電容電壓進行控制，則當電容電壓過高時，子模塊中各開關器件所承受的電壓過高，威脅到子模塊的正常工作運行；當電容電壓過低時，則子模塊輸出電壓亦較低，對換相過程的幫助作用有限。
[0006]綜上，改進的LCC-HVDC拓撲對提高原LCC-HVDC拓撲抵御換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行，或降低所述改進的LCC-HVDC拓撲對換相失敗的防御作用。
【發明內容】
[0007]為克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種串入可控子模塊的LCC-HVDC拓撲結構及其充電初始電壓確定方法。
[0008]實現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拓撲結構，其改進之處在于:所述拓撲結構為在六脈動換流器的閥臂中串聯可控子模塊，所述可控子模塊輸出的兩端口并聯均壓回路；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]進一步的，所述IGBT采用多個IGBT并聯結構的IGBT組；
[0011]所述六脈動換流器的六個閥臂上串聯一個或多個所述可控子模塊。
[0012]進一步的，所述器件組的數目為二 ；所述二極管和IGBT的數目分別為一。
[0013]進一步的，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極連接；
[0014]所述器件組一的二極管的負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權利要求的拓撲結構的可控子模塊充電初始電壓方法，其改進之處在于: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、待關斷閥臂的關斷過程中所對應的交流系統的線電壓有效值U、平均直流電流Id、待關斷閥臂的觸發角α和待關斷閥臂的關斷角Y ;
[0018]I1、確定所述可控子模塊的充電初始電壓。
[0019]進一步的，所述步驟I中，按下式確定線電壓有效值U:
[0020]
【權利要求】
1.一種串入可控子模塊的LCC-HVDC拓撲結構，其特征在于:所述拓撲結構為在六脈動換流器的閥臂中串聯可控子模塊，所述可控子模塊輸出的兩端口并聯均壓回路；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.如權利要求1所述的LCC-HVDC結構，其特征在于:所述IGBT采用多個IGBT并聯結構的IGBT組； 所述六脈動換流器的六個閥臂上串聯一個或多個所述可控子模塊。
3.如權利要求1所述的拓撲結構，其特征在于:所述器件組的數目為二；所述二極管和IGBT的數目分別為一。
4.如權利要求1所述的拓撲結構，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極連接； 所述器件組一的二極管的負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權利要求的拓撲結構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、待關斷閥臂的關斷過程中所對應的交流系統的線電壓有效值U、平均直流電流Td、待關斷閥臂的觸發角a和待關斷閥臂的關斷角Y ; I1、確定所述可控子模塊的充電初始電壓。
6.如權利要求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，確定所述待關斷閥臂的觸發角α和所述待關斷閥臂的關斷角Y的確定方法為:采用同相上的另一閥臂剛結束的關斷過程中測量得到的觸發角α和所述關斷角Y作為待關斷閥臂的所述可控子模塊的所述待關斷閥臂的觸發角α和所述待關斷閥臂的關斷角Y。
9.如權利要求5所述的方法，其特征在于:所述步驟II包括:確定換相過程結束時Wt = μ = J1-a-Y，其中，α為所述LCC-HVDC拓撲的待關斷閥臂的觸發角，Y為所述LCC-HVDC拓撲的待關斷閥臂的關斷角；ω = d Θ/dt, Θ為所述交流系統的線電壓的相角； 按下式確定充電初始電壓:
【文檔編號】H02J3/36GK103986178SQ201410193512
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】劉羽超, 郭春義, 趙成勇, 倪曉軍, 許韋華, 陽岳希 申請人:華北電力大學, 國網智能電網研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 國家電網公司