基于混合型模塊化多電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及融冰裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于混合型模塊化多電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及融冰裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在全球變暖的長(zhǎng)期趨勢(shì)下，電網(wǎng)覆冰問題在局部地區(qū)將顯得尤為突出，當(dāng)前輸電系統(tǒng)按照覆冰10_設(shè)計(jì)，如遇極端災(zāi)害天氣，則冰雪災(zāi)害將造成大面積停電事故。目前電網(wǎng)除冰主要有熱力除冰、機(jī)械除冰、被動(dòng)除冰等方法，這些方法都存在著不同程度的不足。因高壓輸電線路大多架設(shè)在荒郊野外、崇山峻嶺之間，一旦產(chǎn)生覆冰，就目前的技術(shù)水平而言，采用機(jī)械法除冰難以達(dá)到及時(shí)除冰的目的。因此熱力融冰仍是目前可行的常用方法。熱力融冰采用交、直流電流均可，但高壓輸電線路采用分裂導(dǎo)線，線路的分布電容大，直流電阻只有交流阻抗的10%左右，交流短路融冰時(shí)，融冰電源需提供大量無(wú)功用于線路充電，作用于電阻發(fā)熱的部分相對(duì)很小。因此要得到同樣大小的融冰功率，采用直流電流融冰所需電源容量將小得多。
[0003]直流融冰技術(shù)研究的關(guān)鍵在于融冰成套裝置的研制開發(fā)，高壓輸電線路的融冰電流及功率太大，一般的直流整流裝置難以滿足要求。而融冰裝置工作時(shí)間很短，單一用于融冰，將導(dǎo)致設(shè)備資源的閑置浪費(fèi)，因此如何使裝置在覆冰時(shí)期能用于線路融冰，平常又可用作它用，以充分利用設(shè)備資源，同時(shí)一臺(tái)設(shè)備如何兼顧多條線路融冰，都是直流融冰技術(shù)需要解決的問題。最早提出的基于大容量靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)的直流融冰裝置已經(jīng)在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，但由于開關(guān)器件采用晶閘管，因此直流融冰時(shí)諧波含量高、模式切換操作復(fù)雜，裝置本身體積較大，不是理想的直流融冰裝置。此外隨著輕型直流輸電(HVDC Light)技術(shù)的發(fā)展，將HVDC Light的控制策略改變即可用作靜止同步補(bǔ)償裝置(STATC0M)，也可以實(shí)現(xiàn)直流融冰裝置的復(fù)用?；贖VDC Light技術(shù)的直流融冰裝置采用全控器件，但可調(diào)直流電壓范圍小，一般不適合于大功率場(chǎng)合.
[0004]公開號(hào)為CN102739080B的中國(guó)發(fā)明專利公開的《一種基于全橋模塊化多電平變流器的直流融冰裝置》針對(duì)現(xiàn)有的直流融冰裝置的不足，提出一種采用全橋模塊的模塊化多電平變流器(Modular Multilevel Converter，MMC)，通過全橋型子模塊(Full BridgeSub-Module, FBSM)級(jí)聯(lián)形成具有公共直流母線的AC/DC變流器拓?fù)浞桨?，如圖1所示，全橋型子模塊FBSM結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。這種方案一方面具備高壓直流輸出能力，且直流電壓可以從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，另一方面完全兼容鏈?zhǔn)絊TATC0M或SVG拓?fù)?，可以?shí)現(xiàn)快速的動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)，從而同時(shí)具備直流融冰和動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償功能。公開號(hào)為CN103715643A的中國(guó)發(fā)明專利公開的《一種集裝箱式直流融冰系統(tǒng)及控制方法》、公開號(hào)為CN103915808A的中國(guó)發(fā)明專利公開的《基于電壓源型換流器的直流融冰裝置及其控制方法》、公開號(hào)為CN104319786A的中國(guó)發(fā)明專利公開的《一種基于SVG的直流融冰裝置控制系統(tǒng)》以及公開號(hào)為CN104078909A的中國(guó)發(fā)明專利公開的《一種電壓源型直流融冰兼靜止同步補(bǔ)償裝置及其控制方法》提出的直流融冰裝置的拓?fù)浞桨概c上述方案基本相同，它們的共同特點(diǎn)都是采用基于全橋型子模塊的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此使用的大功率開關(guān)器件及相應(yīng)輔助電路較多，損耗較大，成本較高，體積較大，存在一定的不必要浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于混合型模塊化多電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及融冰裝置，本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于級(jí)聯(lián)半橋型子模塊和全橋型子模塊混合而成，既可以作為直流融冰裝置，還同時(shí)可以用作靜止同步補(bǔ)償器，具有節(jié)省電能、實(shí)現(xiàn)從零到最大值之間的連續(xù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種基于混合型模塊化多電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述混合型模塊化多電平變換器為三相橋結(jié)構(gòu)，變換器每一相包括一個(gè)上橋臂功率鏈和一個(gè)下橋臂功率鏈，上、下橋臂功率鏈均包括N個(gè)串聯(lián)的功率單元子模塊，所有功率單元子模塊首尾串聯(lián)，從上到下分別為第1個(gè)、第2個(gè)、…、第N個(gè)子模塊，其中N為大于1的整數(shù)，所述功率單元子模塊為半橋型子模塊和全橋型子模塊，且半橋型子模塊和全橋型子模塊的個(gè)數(shù)比為1:1 ;
[0008]各相上橋臂功率鏈第1個(gè)功率單元的首端連接在一起，作為公共直流母線的正極，各相下橋臂功率鏈第N個(gè)功率單元的末端連接在一起，作為公共直流母線的負(fù)極，各相上橋臂功率鏈第N個(gè)功率單元的末端和該相下橋臂功率鏈第1個(gè)功率單元SM的首端各通過一個(gè)電感連接在一起，每一相兩個(gè)電感的連接點(diǎn)連接該相的交流母線。
[0009]所述半橋型子模塊，包括兩個(gè)帶反并聯(lián)二極管的全控型功率開關(guān)器件Q5、Q5和電容器，其中，Q5的發(fā)射極與Q6的集電極相連，Q5的集電極、Q6的發(fā)射極分別連接電容器的兩端。
[0010]所述全橋型子模塊，包括四個(gè)帶反并聯(lián)二極管的全控型功率開關(guān)器件Ql、Q2、Q3與Q4和電容器，其中，全控型功率開關(guān)器件Ql、Q2的集電極相連，且連接在電容器的正極，全控型功率開關(guān)器件Q3、Q4的發(fā)射極相連，且均連接在電容器的負(fù)極，全控型功率開關(guān)器件Q1的發(fā)射極和Q3的集電極相連構(gòu)成全橋型子模塊的首端，Q2的發(fā)射極和Q4的集電極相連構(gòu)成全橋型子模塊的末端。
[0011]所述上、下橋臂功率鏈的功率單元子模塊類型不同。
[0012]所述上橋臂功率鏈的功率單元子模塊為全橋型子模塊，所述下橋臂功率鏈的功率單元子模塊為半橋型子模塊。
[0013]所述下橋臂功率鏈的功率單元子模塊為全橋型子模塊，所述上橋臂功率鏈的功率單元子模塊為半橋型子模塊。
[0014]所述功率鏈包括N個(gè)功率單元子模塊，且N為2的倍數(shù)，上、下橋臂功率鏈的功率單元子模塊有N/2個(gè)為全橋型子模塊，N/2為半橋型子模塊。
[0015]一種基于混合型模塊化多電平變換器的直流融冰裝置，包括上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的公共直流母線的正極和公共直流母線的負(fù)極分別施加在相應(yīng)的待融冰線路上。
[0016]一種基于混合型模塊化多電平變換器的靜止同步補(bǔ)償器，包括上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且直流側(cè)母線正負(fù)極開路。
[0017]一種基于混合型模塊化多電平變換器的靜止無(wú)功發(fā)生器，包括上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且直流側(cè)母線正負(fù)極開路。
[0018]本發(fā)明的工作原理為:
[0019]圖1所示的現(xiàn)有的基于全橋型MMC直流融冰裝置，其直流母線電壓Ud可在-NUc與+NUc之間調(diào)節(jié)，即
[0020]Ud = -NUc ?+NUc(1)
[0021]式中N為MMC上或下橋臂子模塊數(shù)量，Uc為子模塊直流側(cè)電壓。
[0022]顯然，MMC直流母線電壓可為交變電壓，但是，實(shí)際中MMC直流母線施加在被融冰線路時(shí)并不需要交變電流，而只需直流即可，因此圖1所示的直流融冰裝置存在一定的不必要浪費(fèi)。
[0023]由式(1)可知，若使MMC直流母線電壓Ud能在0與+NUc之間調(diào)節(jié)，即
[0024]Ud = 0 ?+NUc(2)
[0025]就能滿足實(shí)際融冰的需要。
[0026]如果將圖1所示的MMC子模塊全部改為半橋子模塊，則其直流母線電壓Ud基本為NUc (或在NUc電壓附近)，其調(diào)節(jié)范圍很小，顯然，該類型MMC不能用作直流融冰裝置使用。
[0027]根據(jù)上述分析，如果將圖1所不的MMC子模塊的一半由全橋子模塊改為半橋子模塊，即每相功率鏈中全橋子模塊與半橋子模塊的個(gè)數(shù)比為1:1時(shí)，則其直流母線電壓Ud可由兩部