专利名称：一种用于轻型直流输电设备的新型功率单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于轻型直流输电设备的新型功率单元。
背景技术：
我国能源资源与用电负荷分布的特殊性，成为发展远距离、大容量输电的必然性。 尤其是超过600km以上的远程输电线路，采用直流输电更加节能、降耗，提高经济效益，实现更大范围内的能源资源的合理开发、优化配置，符合我国“西电东送”的国情。随着电力电子和计算机技术的迅速发展，轻型直流输电技术日趋完善，在输电能力和送电距离上已可和特高压交流竞争，并且相对于特高压交流输电技术，轻型直流输电技术有如下优点1、输送相同功率时，轻型直流输电所用线材仅为交流输电的2/3 1/2 ；2、在电缆输电线路中，轻型直流输电没有电容电流产生，而高压交流输电线路存在电容电流，引起损耗；3、轻型直流输电多使用地下电缆，使其对周围环境没有视觉上的影响，也没有电缆产生的磁场，可见轻型直流输电技术本身是极其环保的。并且在一些特殊场合，必须用电缆输电，例如高压输电线经过大城市时，采用地下电缆；输电线经过海峡时，要用海底电缆；4、直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而高压交流输电必须同步运行；5、直流输电发生故障的损失比高压交流输电小。直流输电中，由于采用可控硅装置，电路功率能迅速、方便地进行调节，直流输电线路上基本上不向发生短路的高压交流系统输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流与没有互连时一样。因此，轻型直流输电作为一种经济、灵活、高质量的输电方式，能够应用于直流高压输电工程中，将取得良好的输电及环保效益。目前现有技术中，轻型直流输电还没有得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于轻型直流输电设备的新型功率单元，该新型功率单元集成了电子式开关器件，在整流侧(逆变侧)功率单元的输出端(输入端)并联两个串联的IGBT电子式开关器件，可有效地在直流输电发生故障时在直流输出侧或输入侧关断直流电流，以提升整个系统运行的安全可靠性，且具有直流电压等级匹配灵活、谐波小等优点ο为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现一种用于轻型直流输电设备的新型功率单元，包括整流侧功率单元和逆变侧功率单元；整流侧功率单元通过三相整流，将交流电压整流输出直流电压，直流侧电容器输出端并联两个串联的IGBT电子式开关器件，通过两个串联IGBT电子式开关器件的中点及直流电容负极输出稳定的直流电压，最终将所有功率单元的直流侧输出端级联与直流输电电缆连接，形成用户所需的直流电压，向逆变侧功率单元输电；逆变侧功率单元的直流输入端并联两个串联的IGBT电子式开关器件，通过两个串联IGBT电子式开关器件的中点及直流电容负极输入直流电压，然后将直流输入侧级联起来再与直流输电电缆连接，使每个逆变侧功率单元承担等分的直流电压，功率单元采用 PWM脉宽调制技术将直流电压逆变输出交流电，再将每个功率单元的交流输出端经过LC滤波电路接入变压器副边，通过不同型号的变压器输出用户所需求的交流电。所述的整流侧或逆变侧功率单元采用三相二电平或三相三电平拓扑结构。所述的整流侧功率单元采用的开关器件为全控型开关器件IGBT或二极管。所述的逆变侧侧功率单元采用全控型开关器件IGBT。所述的直流输电电缆由导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层三层挤压成绝缘层，中间导体为铝材单芯导体。与现有技术相比，本发明的有益效果是1)与传统型轻型直流输电系统相比，采用功率单元级联的型式，无需IGBT串联， 可靠性更高；2)采用功率单元级联方式，直流电压等级匹配灵活，可根据用户需求来选择功率单元的级联个数；3)两端交流系统无需滤波电路，谐波小；4)每级功率单元具备电子式直流开关，能可靠有效的关断直流电流。
图1是轻型直流输电系统结构图；图2是轻型直流输电系统拓扑图；图3是三相二电平的可控整流阀组的功率单元拓扑图；图4是不可控整流阀组的功率单元拓扑图；图5是逆变阀组的功率单元拓扑图；图6是中性点钳位型三相三电平逆变侧功率单元拓扑图；图7是功率单元单相PWM调制示意图；图8是PWM调制原理及输出波形。
具体实施例方式一种用于轻型直流输电设备的新型功率单元，包括整流侧功率单元和逆变侧功率单元；整流侧功率单元采用的开关器件可为全控型开关器件IGBT (图幻或二极管(图4)。 逆变侧功率单元采用全控型开关器件IGBT (图5、图6)。见图3、图4，整流侧功率单元的输入侧为交流输入，经过由IGBT所组成的三相可控整流电路整流，或采用由二极管组成的三相不可控整流电路整流，在直流侧电容C两端形成直流电压，直流侧电容器C输出端并联两个串联的电子式开关器件IGBTl和IGBT2，通过两个串联的电子式开关器件IGBT1、IGBT2的中点及直流电容C负极输出稳定的直流电压。正常工作时，IGBTl处于开通状态，IGBT2处于关断状态。当直流侧出现故障时，电子式开关器件IGBTl关断，起到故障保护的作用。直流侧电容C是直流侧储能元件，可缓冲桥臂开断的冲击电流、减小直流侧的电压谐波，并为功率单元提供电压支撑。见图5、图6，逆变侧功率单元输入侧为直流输入，该直流电压通过电子式开关器件IGBT3、IGBT4的中点加在电容器两端，然后经过由IGBT所组成的三相可控逆变电路逆变成交流电压输出。正常工作时IGBT3处于开通状态，IGBT4处于关断状态。当直流侧出现故障时，IGBT3关断，起到故障保护的作用。直流侧电容是其直流侧储能元件，可缓冲桥臂开断的冲击电流、减小直流侧的电压谐波，并为功率单元提供电压支撑。见图1、图2，轻型直流输电系统拓扑包括整流侧换流站、逆变侧换流站和直流输电电缆组成，其中整流侧换流站由移相变压器、整流侧功率单元构成，逆变侧换流站由逆变侧功率单元、LC滤波电路和变压器构成。整流侧换流站，移相变压器原边接入高压交流系统，在副边形成低压交流电送入功率单元。整流侧功率单元采用PWM脉宽调制技术将交流电整流成稳定的直流电压，最终将所有功率单元的直流侧输出端级联起来，形成高压直流电压输出。逆变侧换流站，将逆变侧功率单元的直流输入侧级联起来再与直流输电电缆连接，使每个功率单元承担等分的直流电压，功率单元采用PWM脉宽调制技术将直流电压逆变输出低压交流电，再将每个功率单元的交流输出端经过LC滤波电路接入变压器副边，通过不同型号的变压器输出用户所需求的交流电。其中，整流侧换流站和逆变侧换流站的功率单元个数，由用户所需求的直流电压等级决定。直流电压等级越高，所需求的功率单元个数越多。直流输电电缆，由导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层三层同时挤压成绝缘层，中间导体一般为铝材单芯导体，具有高强度、环保和方便掩埋等特点，适用于深海等恶劣环境。 此外，这只能够直流输电线重量轻，传输功率密度大。
权利要求
1.一种用于轻型直流输电设备的新型功率单元，包括整流侧功率单元和逆变侧功率单元，其特征在于，整流侧功率单元通过三相整流，将交流电压整流输出直流电压，直流侧电容器输出端并联两个串联的IGBT电子式开关器件，通过两个串联IGBT电子式开关器件的中点及直流电容负极输出稳定的直流电压，最终将所有功率单元的直流侧输出端级联与直流输电电缆连接，形成用户所需的直流电压，向逆变侧功率单元输电；逆变侧功率单元的直流输入端并联两个串联的IGBT电子式开关器件，通过两个串联 IGBT电子式开关器件的中点及直流电容负极输入直流电压，然后将直流输入侧级联起来再与直流输电电缆连接，使每个逆变侧功率单元承担等分的直流电压，功率单元采用PWM脉宽调制技术将直流电压逆变输出交流电，再将每个功率单元的交流输出端经过LC滤波电路接入变压器副边，通过不同型号的变压器输出用户所需求的交流电。
2.根据权利要求1所述的一种用于轻型直流输电设备的新型功率单元，其特征在于， 所述的整流侧或逆变侧功率单元采用三相二电平或三相三电平拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于轻型直流输电设备的新型功率单元，其特征在于， 所述的整流侧功率单元采用的开关器件为全控型开关器件IGBT或二极管。
4.根据权利要求1所述的一种用于轻型直流输电设备的新型功率单元，其特征在于， 所述的逆变侧侧功率单元采用全控型开关器件IGBT。
全文摘要
本发明涉及一种用于轻型直流输电设备的新型功率单元，该新型功率单元集成了电子式开关器件，在整流侧(逆变侧)功率单元的输出端(输入端)并联两个串联的IGBT电子式开关器件，可有效地在直流输电发生故障时在直流输出侧或输入侧关断直流电流，以提升整个系统运行的安全可靠性，且具有直流电压等级匹配灵活、谐波小等优点。
文档编号H02J1/00GK102244382SQ20111016866
公开日2011年11月16日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者吴然, 孔祥声, 孙贤大, 崔效毓, 张坤, 杨永飞, 杨洋, 王绪宝, 郭自勇 申请人:辽宁荣信众腾科技有限公司