一種模塊化直流潮流控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種模塊化直流潮流控制器，包括n個(gè)直流潮流控制器組和m個(gè)電容，且每個(gè)直流潮流控制器組包括m個(gè)依次串聯(lián)的直流潮流控制模塊，每個(gè)直流潮流控制模塊包括4個(gè)IGBT管T1?T4及其反并聯(lián)二極管。本實(shí)用新型提供的模塊化直流潮流控制器有效繼承了現(xiàn)有技術(shù)中直流潮流控制器的優(yōu)點(diǎn)，且與現(xiàn)有技術(shù)相比，每個(gè)直流潮流控制模塊僅包括4個(gè)IGBT管T1?T4，IGBT管個(gè)數(shù)少于現(xiàn)有技術(shù)，IGBT管個(gè)數(shù)的減少能夠有效降低潮流控制設(shè)備的運(yùn)行模式，降低控制策略的復(fù)雜度，另外，通過(guò)將m個(gè)直流潮流控制模塊依次串聯(lián)，能夠有效避免IGBT串聯(lián)運(yùn)行的情況，降低了IGBT管的觸發(fā)一致性要求，且，模塊化的設(shè)計(jì)方式，能夠有效減少設(shè)備故檢修周期，降低對(duì)整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響。
【專利說(shuō)明】
一種模塊化直流潮流控制器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及潮流控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種模塊化直流潮流控制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，直流電網(wǎng)憑借其優(yōu)越的控制運(yùn)行特性，已經(jīng)成為解決新能源大規(guī)模并網(wǎng) 的有效技術(shù)手段之一。直流電網(wǎng)具有三種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別為樹(shù)枝狀、環(huán)狀和網(wǎng)狀，多種 基本結(jié)構(gòu)組合為復(fù)雜的直流電網(wǎng)。其中，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有較好的靈活性和冗余度，能夠增加系 統(tǒng)的可靠性，減少輸電距離。但是，在含有環(huán)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的直流電網(wǎng)中，輸電線路的數(shù)目大于 換流站個(gè)數(shù)，導(dǎo)致線路上的潮流不能僅依靠換流站的控制實(shí)現(xiàn)有效調(diào)節(jié)，即存在直流潮流 控制自由度不夠的問(wèn)題。因此，需要引入額外的直流潮流控制設(shè)備，通過(guò)增加控制自由度來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電網(wǎng)內(nèi)線路潮流的有效控制。
[0003] 當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外研究人員已就直流潮流控制問(wèn)題，提出了相關(guān)潮流控制設(shè)備，如可變 電阻器，DC/DC變換器和輔助電壓源。但是，這些設(shè)備普遍存在著制造費(fèi)用高，或運(yùn)行損耗大 等問(wèn)題，不利于工程推廣。因此，論文(新型直流潮流控制器及其在環(huán)網(wǎng)式直流電網(wǎng)中的應(yīng) 用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014,38(10) :2644-2650)提出了一種電流潮流控制器。除電容能量的變 化外，它基本不與外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)生能量交換，對(duì)直流網(wǎng)絡(luò)只起電流分配的作用，不需要承受系 統(tǒng)級(jí)高電壓，設(shè)備成本少，運(yùn)行損耗低，具有較好的應(yīng)用前景。但是，上述論文所提出的電流 潮流控制器存在著運(yùn)行模式多樣，控制策略復(fù)雜等問(wèn)題，同時(shí)，可能需要IGBT串聯(lián)運(yùn)行，觸 發(fā)一致性要求高，另外，由于是非模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)出現(xiàn)故障需要檢修的時(shí)候，整個(gè)檢修周期 較長(zhǎng)，影響較大。
[0004] 因此，如何提供一種解決上述技術(shù)問(wèn)題的直流潮流控制器是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前 需要解決的問(wèn)題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的是提供一種模塊化直流潮流控制器，不僅繼承了現(xiàn)有電流潮流 控制器的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，能夠有效減少潮流控制設(shè)備的的運(yùn)行模式，降低控制策略的復(fù)雜 度，降低了 IGBT管的觸發(fā)一致性要求，且，模塊化的設(shè)計(jì)方式，能夠有效減少設(shè)備故檢修周 期，降低對(duì)整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種模塊化直流潮流控制器，包括η個(gè)直 流潮流控制器組和m個(gè)電容，其中，2<n<nb，2<m<m c，其中，nb為連接于同一條直流母線上 (y \ 的直流線路的個(gè)數(shù)，％ i +UUpfO為所述直流潮流控制器組正常運(yùn)行時(shí)的最大電 I J 壓，1]。0為所述電容的額定電壓，ceil為向上取整函數(shù)；
[0007] 串聯(lián)在直流母線以及所述直流母線的η條直流線路之間的每個(gè)所述直流潮流控制 器組包括m個(gè)依次串聯(lián)的直流潮流控制模塊，每個(gè)所述直流潮流控制器組中的直流潮流控 制模塊的第一端與其他所述直流潮流控制器組中對(duì)應(yīng)位置上的直流潮流控制模塊的第一 端相連，其公共端與對(duì)應(yīng)位置的電容的一端連接，每個(gè)所述直流潮流控制器組中的直流潮 流控制模塊的第二端與其他所述直流潮流控制器組中對(duì)應(yīng)位置上的直流潮流控制模塊的 第二端相連，其公共端與對(duì)應(yīng)位置的電容的另一端連接；
[0008] 每個(gè)直流潮流控制模塊包括4個(gè)1681'管1'1-了4及其反并聯(lián)二極管，1681'管1'1的集電 極與IGBI^T 2的集電極連接，其公共端作為所述直流潮流控制模塊的第一端，IGBT管T3的發(fā) 射極與IGBT管T4的發(fā)射極連接，其公共端作為所述直流潮流控制模塊的第二端，所述IGBT 管!^的發(fā)射極與IGBT管T 3的集電極連接，其公共端作為與所述直流母線或者相鄰直流潮流 控制模塊相連的一端，所述1681'管1'2的發(fā)射極與IGBT管T 4的集電極連接，其公共端作為與所 述直流線路或者另一個(gè)相鄰直流潮流控制模塊相連的一端。
[0009] 優(yōu)選地，每個(gè)直流潮流控制模塊包括的4個(gè)IGBI^T1-T4均為主動(dòng)關(guān)斷型IGBT管。
[0010] 優(yōu)選地，所述模塊化直流潮流控制器包括4個(gè)所述直流潮流控制器組。
[0011] 優(yōu)選地，所述模塊化直流潮流控制器包括3個(gè)所述電容。
[0012] 優(yōu)選地，所述模塊化直流潮流控制器包括6個(gè)所述直流潮流控制器組。
[0013] 優(yōu)選地，所述模塊化直流潮流控制器包括3個(gè)所述電容。
[0014] 本實(shí)用新型提供了一種模塊化直流潮流控制器，包括η個(gè)直流潮流控制器組和m個(gè) 電容，且每個(gè)直流潮流控制器組包括m個(gè)依次串聯(lián)的直流潮流控制模塊，每個(gè)直流潮流控制 模塊包括4個(gè)1681'管1' 1-1'4及其反并聯(lián)二極管。本實(shí)用新型提供的模塊化直流潮流控制器除 電容能量的變化外，電容基本不與外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)生能量交換，對(duì)直流網(wǎng)絡(luò)只起電流分配的作 用，不需要承受系統(tǒng)級(jí)高電壓，設(shè)備成本少，運(yùn)行損耗低，另外，因?yàn)槊總€(gè)直流潮流控制模塊 僅包括4個(gè)1681'管1' 1-1'4及其反并聯(lián)二極管，IGBT管個(gè)數(shù)要少于現(xiàn)有技術(shù)，因此，能夠有效減 少潮流控制設(shè)備的的運(yùn)行模式，降低控制策略的復(fù)雜度，且，通過(guò)將m個(gè)直流潮流控制模塊 依次串聯(lián)，能夠有效避免IGBT串聯(lián)運(yùn)行的情況，降低了 IGBT管的觸發(fā)一致性要求，且，模塊 化的設(shè)計(jì)方式，能夠有效減少設(shè)備故檢修周期，降低對(duì)整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例 中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的 一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這 些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1為本實(shí)用新型提供的一種模塊化直流潮流控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為本實(shí)用新型提供的一種直流潮流控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 本實(shí)用新型的核心是提供一種模塊化直流潮流控制器，不僅繼承了現(xiàn)有電流潮流 控制器的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，能夠有效減少潮流控制設(shè)備的的運(yùn)行模式，降低控制策略的復(fù)雜 度，降低了 IGBT管的觸發(fā)一致性要求，且，模塊化的設(shè)計(jì)方式，能夠有效減少設(shè)備故檢修周 期，降低對(duì)整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響。
[0019] 為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新 型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施 例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于 本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0020]請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2,其中，圖1為本實(shí)用新型提供的一種模塊化直流潮流控制器的結(jié) 構(gòu)示意圖，圖2為本實(shí)用新型提供的一種直流潮流控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]該模塊化直流潮流控制器，包括η個(gè)直流潮流控制器組1和m個(gè)電容2,其中， nb，2<m<mc，其中，nb為連接于同一條直流母線上的直流線路的個(gè)婁
Upf0為直流潮流控制器組1正常運(yùn)行時(shí)的最大電壓，1]。〇為電容2的額定電壓，ceil為向上取整 函數(shù)；
[0022]串聯(lián)在直流母線以及直流母線的η條直流線路之間的每個(gè)直流潮流控制器組1包 括m個(gè)依次串聯(lián)的直流潮流控制模塊，每個(gè)直流潮流控制器組1中的直流潮流控制模塊的第 一端與其他直流潮流控制器組1中對(duì)應(yīng)位置上的直流潮流控制模塊的第一端相連，其公共 端與對(duì)應(yīng)位置的電容2的一端連接，每個(gè)直流潮流控制器組1中的直流潮流控制模塊的第二 端與其他直流潮流控制器組1中對(duì)應(yīng)位置上的直流潮流控制模塊的第二端相連，其公共端 與對(duì)應(yīng)位置的電容2的另一端連接;每個(gè)直流潮流控制模塊包括4個(gè)1681'管1' 1-1'4及其反并聯(lián) 二極管，1681'管1'1的集電極與1681'管1' 2的集電極連接，其公共端作為直流潮流控制模塊的第 一端，IGBT管T3的發(fā)射極與IGBT管T4的發(fā)射極連接，其公共端作為直流潮流控制模塊的第二 端，1681'管1' 1的發(fā)射極與IGBT管T3的集電極連接，其公共端作為與直流母線或者相鄰直流潮 流控制模塊相連的一端，1681'管1' 2的發(fā)射極與IGBT管T4的集電極連接，其公共端作為與直流 線路或者另一個(gè)相鄰直流潮流控制模塊相連的一端。
[0023] 可以理解的是，請(qǐng)參照?qǐng)D1，直流潮流控制器組1串聯(lián)于直流母線和該直流母線的 某條直流線路之間。每個(gè)直流潮流控制器組1包含m個(gè)直流潮流控制模塊(Power Flow Sub-M〇dule，PFSM)，且由m個(gè)潮流控制模塊相互串聯(lián)而成，第一個(gè)直流潮流控制模塊的左端作為 其所在直流潮流控制器組1的左端口，與直流母線相連;第m個(gè)直流潮流控制模塊的右端作 為潮流控制器組的右端口，與直流線路相連。
[0024]每個(gè)直流潮流控制器組1中的直流潮流控制模塊的第一端與其他直流潮流控制器 組1對(duì)應(yīng)位置上的直流潮流控制模塊的第一端相連，并與對(duì)應(yīng)位置的電容2-端相連;每個(gè) 直流潮流控制器組1中的直流潮流控制模塊的第二端與其他直流潮流控制器組1中對(duì)應(yīng)位 置上的直流潮流控制模塊的第二端相連，并與對(duì)應(yīng)位置的電容2的另一端相連。
[0025]另外，請(qǐng)參照?qǐng)D2，從圖2中可以看出，直流潮流控制模塊由四個(gè)1681'管1'1-了4及其反 并聯(lián)二極管構(gòu)成。其中，1681'管1'1的集電極與IGBT管1~2的集電極相連且為該直流潮流控制模 塊的第一端，IGBT管T 3的發(fā)射極與IGBT管T4的發(fā)射極相連且為潮流控制模塊的第二端，IGBT 管!^的發(fā)射極與IGBT管T3的集電極相連且為潮流控制模塊的第三端，1681'管1' 2的發(fā)射極與 IGBT管T4的集電極相連且為潮流控制模塊的第四端。四個(gè)IGBI^T1-T 4的基極均接收外部設(shè) 備提供的控制信號(hào)。
[0026]優(yōu)選地，每個(gè)直流潮流控制模塊包括的4個(gè)IGBI^T1-T4均為主動(dòng)關(guān)斷型IGBT管。
[0027] 優(yōu)選地，模塊化直流潮流控制器包括4個(gè)直流潮流控制器組。
[0028] 優(yōu)選地，模塊化直流潮流控制器包括3個(gè)電容。
[0029] 優(yōu)選地，模塊化直流潮流控制器包括6個(gè)直流潮流控制器組。
[0030] 優(yōu)選地，模塊化直流潮流控制器包括3個(gè)電容。
[0031] 當(dāng)然，這里的m和η在滿足2彡η彡nb，2彡m彡mc范圍內(nèi)時(shí)還可以取其他數(shù)值，本實(shí)用 新型在此不做特別的限定，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定，本實(shí)用新型在此不做特別的限定。
[0032] 本實(shí)用新型提供了一種模塊化直流潮流控制器，包括η個(gè)直流潮流控制器組和m個(gè) 電容，且每個(gè)直流潮流控制器組包括m個(gè)依次串聯(lián)的直流潮流控制模塊，每個(gè)直流潮流控制 模塊包括4個(gè)1681'管1' 1-1'4及其反并聯(lián)二極管。本實(shí)用新型提供的模塊化直流潮流控制器除 電容能量的變化外，電容不與除直流網(wǎng)絡(luò)外的外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)生能量交換，對(duì)直流網(wǎng)絡(luò)只起電 流分配的作用，不需要承受系統(tǒng)級(jí)高電壓，因此，使用的設(shè)備個(gè)數(shù)較少，由此帶來(lái)設(shè)備成本 少，運(yùn)行損耗低等優(yōu)點(diǎn)；每個(gè)直流潮流控制模塊只包括4個(gè)IGBI^T 1-T4及其反并聯(lián)二極管， 與現(xiàn)有技術(shù)中的6個(gè)IGBT管相比，IGBT管明顯減少，IGBT管為可控器件，管子數(shù)目的減少意 味著控制變量及控制模式的降低，因此，本實(shí)用新型能夠有效減少潮流控制設(shè)備的的運(yùn)行 模式，降低控制策略的復(fù)雜度;現(xiàn)階段，單個(gè)IGBT管的承壓能力較為有限，當(dāng)直流潮流控制 器因系統(tǒng)潮流控制要求需要承受較大的電壓時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)需要通過(guò)IGBT串聯(lián)來(lái)達(dá)到可承壓 的效果，當(dāng)前，IGBT管串聯(lián)運(yùn)行需要較高的觸發(fā)一致性要求，否則容易引起IGBT管的損壞， 本實(shí)用新型通過(guò)將m個(gè)直流潮流控制模塊依次串聯(lián)，能夠有效避免IGBT串聯(lián)運(yùn)行的情況，降 低了IGBT管的觸發(fā)一致性要求;另外，現(xiàn)有技術(shù)采用非模塊化的設(shè)計(jì)方法，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障 時(shí)，需要整個(gè)拆卸維修，嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間，本實(shí)用新型采用模塊化的設(shè)計(jì)方式， 當(dāng)某個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)，剩余模塊仍能正常運(yùn)行，同時(shí)，故障模塊可采用正常模塊替換的方 式，將故障模塊替換掉，從而有效減少設(shè)備故檢修周期，降低對(duì)整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響。 [0033]需要說(shuō)明的是，在本說(shuō)明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一 個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之 間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在 涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些 要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè) 備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句"包括一個(gè)……"限定的要素，并不排除 在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0034]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新 型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定 義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因 此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理 和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種模塊化直流潮流控制器，其特征在于，包括n個(gè)直流潮流控制器組和m個(gè)電容，其 中，2《11《]16,2《1]1《1]1。，其中，116為連接于同一條直流母線上的直流線路的個(gè)數(shù)，fpfo為所述直流潮流控制器組正常運(yùn)行時(shí)的最大電壓，UcO為所述電容的 額定電壓，ceil為向上取整函數(shù)； 串聯(lián)在直流母線W及所述直流母線的n條直流線路之間的每個(gè)所述直流潮流控制器組 包括m個(gè)依次串聯(lián)的直流潮流控制模塊，每個(gè)所述直流潮流控制器組中的直流潮流控制模 塊的第一端與其他所述直流潮流控制器組中對(duì)應(yīng)位置上的直流潮流控制模塊的第一端相 連，其公共端與對(duì)應(yīng)位置的電容的一端連接，每個(gè)所述直流潮流控制器組中的直流潮流控 制模塊的第二端與其他所述直流潮流控制器組中對(duì)應(yīng)位置上的直流潮流控制模塊的第二 端相連，其公共端與對(duì)應(yīng)位置的電容的另一端連接； 每個(gè)直流潮流控制模塊包括4個(gè)IGBT管T1-T4及其反并聯(lián)二極管，IGBT管Tl的集電極與 IGBT管T2的集電極連接，其公共端作為所述直流潮流控制模塊的第一端，IGBT管T3的發(fā)射極 與IGBT管T4的發(fā)射極連接，其公共端作為所述直流潮流控制模塊的第二端，所述IGBT管Tl的 發(fā)射極與IGBT管T3的集電極連接，其公共端作為與所述直流母線或者相鄰直流潮流控制模 塊相連的一端，所述IGBT管T2的發(fā)射極與IGBT管T4的集電極連接，其公共端作為與所述直流 線路或者另一個(gè)相鄰直流潮流控制模塊相連的一端。2. 如權(quán)利要求1所述的模塊化直流潮流控制器，其特征在于，每個(gè)直流潮流控制模塊包 括的4個(gè)IGBT管T廣T4均為主動(dòng)關(guān)斷型IGBT管。3. 如權(quán)利要求1所述的模塊化直流潮流控制器，其特征在于，所述模塊化直流潮流控制 器包括4個(gè)所述直流潮流控制器組。4. 如權(quán)利要求3所述的模塊化直流潮流控制器，其特征在于，所述模塊化直流潮流控制 器包括3個(gè)所述電容。5. 如權(quán)利要求1所述的模塊化直流潮流控制器，其特征在于，所述模塊化直流潮流控制 器包括6個(gè)所述直流潮流控制器組。6. 如權(quán)利要求5所述的模塊化直流潮流控制器，其特征在于，所述模塊化直流潮流控制 器包括3個(gè)所述電容。
【文檔編號(hào)】H02J1/00GK205544263SQ201620353151
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】許烽, 陸翌, 裘鵬, 童凱, 宣佳卓, 陳騫
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司