模块化的变流器拓扑及换流器系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种采用电压源型换流器单元通过多绕组变压器级联的变流器， 尤其设及一种模块化的变流器拓扑及换流器系统。
【背景技术】
[0002] 目前可关断功率开关器件的电压等级最大只有几千伏，采用换流器单元串连的方 式，将显著减小换流器对开关器件的电压和电流承受能力的要求。将低电压的电压源型换 流器单元直流输出端串连，实现高压直流输出，从而构造出适合直流输电应用的高压直流 输电换流器。
[0003] 采用基本换流器单元串连的直流输电换流器，每个换流器单元具有交流输入端和 直流输出端，多个模块的交流侧连接到多绕组变压器，多个模块直流侧的输出端子串连。当 其中一个换流器单元发生故障时，整个换流器需要闭锁停运。高压直流输电换流器具有多 个模块串连，换流器运行可靠性将受各串连单元的影响。如何在换流器故障时，有效地隔离 故障单元，实现单元故障时换流器不间断连续运行，是串连换流器输电系统的关键问题。
[0004] 当直流输电换流器采用Ξ相两电平全控桥单元的直流输出端直接串连，当串连的 换流器单元出现故障时，整个换流器的运行将受到影响。Ξ相全控桥输出端并联有储能电 容器，直接在储能电容两端并联开关，开关合闽时电容将通过旁路开关产生几 kA~几十kA 的放电电流，从而影响换流器的稳定运行。若采用电子式开关旁路故障换流器单元，在换流 器单元故障失电的情况下电子开关可能无法可靠旁路故障模块，导致换流器退出运行，且 电子式开关造价昂贵。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的，在于提供一种低成本模块化的变流器拓扑及换流器系统，其 具有在换流器子模块故障时将故障模块短路，使得发生故障的换流器模块与其它运行模块 快速隔离，换流器可W继续维持运行。
[0006] 本实用新型通过如下方案解决上述技术问题，模块化的变流器拓扑，包括至少两 个串联的换流器子模块，所述换流器子模块具有至少一个储能器7和均压电阻8,所述均压 电阻并联于储能器两端;所述换流器子模块还包括与储能器并联连接的第一级联电路100， 所述第一级联电路100为6个功率半导体单元组成的Ξ相桥式电路，所述功率半导体单元可 通过控制信号触发导通和关断，第一级联电路100具有交流第Ξ接线端子、第四接线端子和 第五接线端子;其特征在于，所述换流器子模块还包括与储能器并联的第二级联电路200， 所述第二级联电路200由烙断器9、半导体单元10和机械开关组成；所述第二级联电路 (200)通过第一接线端子和第二接线端子引出；所述机械开关并联于第一接线端子和第二 接线端子两端，可W通过合闽控制将第一接线端子和第二接线端子短路。
[0007] 进一步的，每个换流器子模块通过交流第Ξ接线端子、第四接线端子和第五接线 端子与Ξ相交流电路连接;第一接线端子和第二接线端子用于与直流电路连接；
[000引进一步的，半导体单元10是二极管，二极管的阳极与储能器7的负极端子c-相连， 二级管的阴极与烙断器的一端相连，烙断器的另一端与储能器的C+相连。
[0009] 进一步的，半导体单元10是二极管，二极管的阴极与储能器7的正极端子C+相连； 二级管的阳极与烙断器的一端相连，烙断器的另一端与储能器的负极性C-相连。
[0010] 进一步的，储能器是电容器。
[0011] 进一步的，机械开关是一个或多个真空开关管。
[0012] 进一步的，机械开关具有合闽保持功能，保护合闽后即使在失电情况下开关能维 持合闽。
[0013] 进一步的，通过对第一级联电路100采用脉宽调制可W在储能器两端产生稳定的 直流电压，机械开关在换流器运行时处于分闽状态，当子模块故障时，通过控制电路将故障 子模块的机械开关合闽将第一接线端子和第二接线端子短路，换流器子模块机械开关合闽 将第一接线端子和第二接线端子短路后，烙断器流过较大放电电流，快速烙断，将故障模块 隔离。
[0014] 为实现上述技术目的，本实用新型采取的另一种技术方案为:包括上述的模块化 的变流器拓扑的换流器系统，其特征在于:还包括Ξ相交流滤波器F和多绕组变压器T，换流 器子模块的第一接线端子、第四接线端子和第五接线端子分别连接到Ξ相交流滤波器F后 再分别连接到多绕组变压器T的二次侧绕组，多绕组变压器T的一次侧绕组与电网相连，换 流器子模块的第一接线端子和第二接线端子依次级联延伸，首端的子模块第一接线端子连 接到直流电路的正极端P，末端的子模块第二接线端子连接到直流电路的负极端N。
[0015] 进一步的，当换流器子模块开关合闽将第一接线端子和第二接线端子短路，退出 运行后，通过控制可W使其它子模块的电压提高从而使直流母线电压维持不变，换流器具 有冗余运行能力。
[0016] 交流滤波器F可W是单电感、LC滤波器、1XL滤波器或一段导线。
[0017] 本实用新型的有益效果是：
[0018] 1)按照本实用新型提出的子模块构成换流器系统，每个换流器子模块具有交流输 入端和直流输出端，多个子模块在交流侧连接到多绕组变压器，直流侧多个模块的输出端 子串连，采用本实用新型子模块构成的换流器可W实现较高电压等级的双向能量AC/DC变 换。
[0019] 2)换流器通过多个子模块串连提高输出直流电压等级，通过构造烙断器、半导体 单元和机械开关组成的电路结构可W在子模块故障时将故障模块短路，通过调整换流器其 它子模块的控制参数，可W维持换流器继续运行，解决换流器冗余运行难题。
[0020] 3)本实用新型电路简洁，能够方便地对换流器单元进行电气接线，采用机械开关 作为换流器的旁路开关具有良好的经济性。换流器运行时开关处于分闽状态，当子模块故 障时，可W通过控制电路将故障子模块的机械开关合闽将第一接线端子和第二接线端子短 路，有效地将故障模块旁路。
[0021] 4)将烙断器与机械开关配合使用实现子模块冗余运行利用烙断器物理特性限制 储能器的放电，烙断器运行损耗低，可W采用自然冷却方式，另外无需附加驱动电路，具有 成本低等优点。子模块的烙断器同时也可对系统发生直流侧短路的故障进行保护。
[0022] 5)具有不少于两个串连的Ξ相电压源型换流器模块，可W实现高压直流输出，并 具有冗余运行能力。
【附图说明】
[0023] 图1是本实用新型一种串联型AC\DC换流器拓扑的原理示意图；
[0024] 图2是本实用新型换流器的串联子模块的一种实施例；
[0025] 图3是本实用新型的子模块另外一种实施例；
[0026] 图2中XI为第一接线端子，X2为第二接线端子，L1为第Ξ接线端子，L2为第四接线 端子，L3为第五接线端子；
【具体实施方式】
[0027] W下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
[0028] 实施例1
[0029] 图1给出本换流器系统的一种示例。换流器具有不少于2个串连的子模块单元，子 模块的第一接线端子、第四接线端子和第五接线端子分别连接到Ξ相交流滤波器F后再分 别连接到多绕组变压器T的二次侧绕组，多绕组变压器的一次侧绕组与电网相连，子模块的 第一接线端子、第二接线端子依次级联延伸，首端子模块单元经由第一接线端子连接到直 流电路的正极P，末端模块经由第二接线端子连接至直流电路的负极性端N，构成AC\DC换流 器。多绕组变压器可W是普通多绕组变压器、带辅助绕组的多绕组变压器、移相变压器或带 辅助绕组的移相变压器。具有初级绕组和次级绕组的多绕组变压器用于在换流器和交流电 网之间隔离。交流滤波器F可W是单电感、LC滤波器、1XL滤波器或一段导线。
[0030] 实施例2
[0031] 在图2给出的模块化的变流器拓扑一种是实力，通过变压器连接至交流电网，实现 交流-直流变换及能量的传输。需要指出的是本实用新型提出换流器还可W是用于电力传 动的换流器。
[0032] 构成AC/DC