模塊化的變流器拓撲及換流器系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種采用電壓源型換流器單元通過多繞組變壓器級聯的變流器， 尤其設及一種模塊化的變流器拓撲及換流器系統。
【背景技術】
[0002] 目前可關斷功率開關器件的電壓等級最大只有幾千伏，采用換流器單元串連的方 式，將顯著減小換流器對開關器件的電壓和電流承受能力的要求。將低電壓的電壓源型換 流器單元直流輸出端串連，實現高壓直流輸出，從而構造出適合直流輸電應用的高壓直流 輸電換流器。
[0003] 采用基本換流器單元串連的直流輸電換流器，每個換流器單元具有交流輸入端和 直流輸出端，多個模塊的交流側連接到多繞組變壓器，多個模塊直流側的輸出端子串連。當 其中一個換流器單元發生故障時，整個換流器需要閉鎖停運。高壓直流輸電換流器具有多 個模塊串連，換流器運行可靠性將受各串連單元的影響。如何在換流器故障時，有效地隔離 故障單元，實現單元故障時換流器不間斷連續運行，是串連換流器輸電系統的關鍵問題。
[0004] 當直流輸電換流器采用Ξ相兩電平全控橋單元的直流輸出端直接串連，當串連的 換流器單元出現故障時，整個換流器的運行將受到影響。Ξ相全控橋輸出端并聯有儲能電 容器，直接在儲能電容兩端并聯開關，開關合閩時電容將通過旁路開關產生幾 kA~幾十kA 的放電電流，從而影響換流器的穩定運行。若采用電子式開關旁路故障換流器單元，在換流 器單元故障失電的情況下電子開關可能無法可靠旁路故障模塊，導致換流器退出運行，且 電子式開關造價昂貴。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型的目的，在于提供一種低成本模塊化的變流器拓撲及換流器系統，其 具有在換流器子模塊故障時將故障模塊短路，使得發生故障的換流器模塊與其它運行模塊 快速隔離，換流器可W繼續維持運行。
[0006] 本實用新型通過如下方案解決上述技術問題，模塊化的變流器拓撲，包括至少兩 個串聯的換流器子模塊，所述換流器子模塊具有至少一個儲能器7和均壓電阻8,所述均壓 電阻并聯于儲能器兩端;所述換流器子模塊還包括與儲能器并聯連接的第一級聯電路100， 所述第一級聯電路100為6個功率半導體單元組成的Ξ相橋式電路，所述功率半導體單元可 通過控制信號觸發導通和關斷，第一級聯電路100具有交流第Ξ接線端子、第四接線端子和 第五接線端子;其特征在于，所述換流器子模塊還包括與儲能器并聯的第二級聯電路200， 所述第二級聯電路200由烙斷器9、半導體單元10和機械開關組成；所述第二級聯電路 (200)通過第一接線端子和第二接線端子引出；所述機械開關并聯于第一接線端子和第二 接線端子兩端，可W通過合閩控制將第一接線端子和第二接線端子短路。
[0007] 進一步的，每個換流器子模塊通過交流第Ξ接線端子、第四接線端子和第五接線 端子與Ξ相交流電路連接;第一接線端子和第二接線端子用于與直流電路連接；
[000引進一步的，半導體單元10是二極管，二極管的陽極與儲能器7的負極端子c-相連， 二級管的陰極與烙斷器的一端相連，烙斷器的另一端與儲能器的C+相連。
[0009] 進一步的，半導體單元10是二極管，二極管的陰極與儲能器7的正極端子C+相連； 二級管的陽極與烙斷器的一端相連，烙斷器的另一端與儲能器的負極性C-相連。
[0010] 進一步的，儲能器是電容器。
[0011] 進一步的，機械開關是一個或多個真空開關管。
[0012] 進一步的，機械開關具有合閩保持功能，保護合閩后即使在失電情況下開關能維 持合閩。
[0013] 進一步的，通過對第一級聯電路100采用脈寬調制可W在儲能器兩端產生穩定的 直流電壓，機械開關在換流器運行時處于分閩狀態，當子模塊故障時，通過控制電路將故障 子模塊的機械開關合閩將第一接線端子和第二接線端子短路，換流器子模塊機械開關合閩 將第一接線端子和第二接線端子短路后，烙斷器流過較大放電電流，快速烙斷，將故障模塊 隔離。
[0014] 為實現上述技術目的，本實用新型采取的另一種技術方案為:包括上述的模塊化 的變流器拓撲的換流器系統，其特征在于:還包括Ξ相交流濾波器F和多繞組變壓器T，換流 器子模塊的第一接線端子、第四接線端子和第五接線端子分別連接到Ξ相交流濾波器F后 再分別連接到多繞組變壓器T的二次側繞組，多繞組變壓器T的一次側繞組與電網相連，換 流器子模塊的第一接線端子和第二接線端子依次級聯延伸，首端的子模塊第一接線端子連 接到直流電路的正極端P，末端的子模塊第二接線端子連接到直流電路的負極端N。
[0015] 進一步的，當換流器子模塊開關合閩將第一接線端子和第二接線端子短路，退出 運行后，通過控制可W使其它子模塊的電壓提高從而使直流母線電壓維持不變，換流器具 有冗余運行能力。
[0016] 交流濾波器F可W是單電感、LC濾波器、1XL濾波器或一段導線。
[0017] 本實用新型的有益效果是：
[0018] 1)按照本實用新型提出的子模塊構成換流器系統，每個換流器子模塊具有交流輸 入端和直流輸出端，多個子模塊在交流側連接到多繞組變壓器，直流側多個模塊的輸出端 子串連，采用本實用新型子模塊構成的換流器可W實現較高電壓等級的雙向能量AC/DC變 換。
[0019] 2)換流器通過多個子模塊串連提高輸出直流電壓等級，通過構造烙斷器、半導體 單元和機械開關組成的電路結構可W在子模塊故障時將故障模塊短路，通過調整換流器其 它子模塊的控制參數，可W維持換流器繼續運行，解決換流器冗余運行難題。
[0020] 3)本實用新型電路簡潔，能夠方便地對換流器單元進行電氣接線，采用機械開關 作為換流器的旁路開關具有良好的經濟性。換流器運行時開關處于分閩狀態，當子模塊故 障時，可W通過控制電路將故障子模塊的機械開關合閩將第一接線端子和第二接線端子短 路，有效地將故障模塊旁路。
[0021] 4)將烙斷器與機械開關配合使用實現子模塊冗余運行利用烙斷器物理特性限制 儲能器的放電，烙斷器運行損耗低，可W采用自然冷卻方式，另外無需附加驅動電路，具有 成本低等優點。子模塊的烙斷器同時也可對系統發生直流側短路的故障進行保護。
[0022] 5)具有不少于兩個串連的Ξ相電壓源型換流器模塊，可W實現高壓直流輸出，并 具有冗余運行能力。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本實用新型一種串聯型AC\DC換流器拓撲的原理示意圖；
[0024] 圖2是本實用新型換流器的串聯子模塊的一種實施例；
[0025] 圖3是本實用新型的子模塊另外一種實施例；
[0026] 圖2中XI為第一接線端子，X2為第二接線端子，L1為第Ξ接線端子，L2為第四接線 端子，L3為第五接線端子；
【具體實施方式】
[0027] W下將結合附圖，對本實用新型的技術方案進行詳細說明。
[0028] 實施例1
[0029] 圖1給出本換流器系統的一種示例。換流器具有不少于2個串連的子模塊單元，子 模塊的第一接線端子、第四接線端子和第五接線端子分別連接到Ξ相交流濾波器F后再分 別連接到多繞組變壓器T的二次側繞組，多繞組變壓器的一次側繞組與電網相連，子模塊的 第一接線端子、第二接線端子依次級聯延伸，首端子模塊單元經由第一接線端子連接到直 流電路的正極P，末端模塊經由第二接線端子連接至直流電路的負極性端N，構成AC\DC換流 器。多繞組變壓器可W是普通多繞組變壓器、帶輔助繞組的多繞組變壓器、移相變壓器或帶 輔助繞組的移相變壓器。具有初級繞組和次級繞組的多繞組變壓器用于在換流器和交流電 網之間隔離。交流濾波器F可W是單電感、LC濾波器、1XL濾波器或一段導線。
[0030] 實施例2
[0031] 在圖2給出的模塊化的變流器拓撲一種是實力，通過變壓器連接至交流電網，實現 交流-直流變換及能量的傳輸。需要指出的是本實用新型提出換流器還可W是用于電力傳 動的換流器。
[0032] 構成AC/DC