降低换流器中子换流器故障电流的桥臂电路的制作方法

1.本技术涉及电力电子应用领域，具体而言，涉及一种降低换流器中子换流器故障电流的桥臂电路。


背景技术：

2.模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter，m3c)可以实现交流到交流的电能变换，是一种应用在柔性低频输电工程中的较优方法。在变换器每个桥臂上，一般都会串接桥臂电抗器。桥臂电抗器具有平波、减小桥臂环流、抑制桥臂短路电流的作用，特别是在故障概率相对较大的相邻桥臂短路时，能够有效抑制短路电流，因此桥臂电抗器在变换器中有较高的重要性。
3.专利“多端直流输电系统中限流电抗器优化配置方法及装置(专利申请公布号：cn112366669a)”根据故障参数及相关约束条件，优化配置柔性直流换流器的桥臂电抗器参数。柔性直流换流器可以简单等效为m3c的一种特殊情况，然而该专利只分析参数大小的影响，并没有说明变换器的桥臂布局与电抗器的放置位置，而且目前尚未公布相关研究。
4.专利“一种含有变压器隔离的低频输电系统及其控制方法(专利申请公布号：cn112952845a)”较为详细的阐述基于m3c频输电系统的结构和相应的控制方法，但是没有具体研究桥臂电抗器的电路，按照该专利电路拓扑，如图1所示。以子换流器内相邻桥臂au-bu间短路为例，且短路点f1在桥臂电抗器与子模块之间，桥臂电抗器lau、lbu和变压器漏电感la、lb、lc、lu、lv、lw都没有接入到短路回路中。此时，全桥模块组sm1与sm2直接短路，相邻桥臂间短路电流if1激增，控制保护系统难以快速响应，子模块受到较大冲击，严重时可能损坏一次设备。
5.专利“一种基于储能的多换流链交交变频器(专利申请公布号：cn110148963a)”和专利“一种输电系统(专利申请公布号：cn108649576a)”分别针对一侧为三相系统的和两相系统进行研究，但是均未涉及变换器中桥臂布局与电抗器放置位置的说明，仍然有变换器直接短接，短路电流过大的问题。
6.因此，需要合适的变换器的桥臂布局与电抗器的放置位置，降低换流器中子换流器故障电流，保障系统安全稳定，促进柔性低频输电技术应用和发展。
7.在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

8.本技术旨在提供一种降低换流器中子换流器故障电流的桥臂电路，可以降低换流器中子换流器故障电流，保障系统安全稳定，促进柔性低频输电技术应用和发展。
9.根据本技术的一方面，提出一种降低换流器中子换流器故障电流的桥臂电路，所述换流器包括并接的多个桥臂，所述换流器的一侧连接工频变压器后接入到三相工频交流系统且另一侧连接低频变压器后接入到低频交流系统，连接到相同并联节点的依次相邻的
桥臂组成子换流器：
10.单个桥臂包括串联的全桥子模块组和电抗器；
11.各桥臂的所述电抗器布置在所述子换流器的并联节点侧。根据一些实施例，所述子换流器的并接桥臂相邻布置。
12.根据一些实施例，所述并联节点仅设置在所述三相工频交流系统侧或所述低频交流系统侧。
13.根据一些实施例，所述并联节点布置在所述三相工频交流系统侧，有且仅有3个所述并联节点。
14.根据一些实施例，所述并联节点布置在所述低频交流系统侧，所述并联节点为a个，a为正整数。
15.根据一些实施例，所述子换流器的数量为一个，所述电抗器布置在所述低频交流系统一侧。
16.根据一些实施例，所述子换流器数量是3n，n为正整数，且所述低频侧变压器的数量为n。
17.根据一些实施例，所述子换流器数量不是3n，n为正整数，且所述低频侧变压器的数量为所述子换流器的数量除以3后取整加1。
18.根据本技术的一方面，提出一种换流器,包括：工频变压器；低频变压器；并接的多个桥臂，所述多个桥臂的一侧连接所述工频变压器后接入到三相工频交流系统，所述多个桥臂的另一侧连接所述低频变压器后接入到低频交流系统；
19.连接到相同并联节点的依次相邻的桥臂组成子换流器；
20.单个桥臂包括串联的全桥子模块组和电抗器；
21.各桥臂的所述电抗器布置在所述子换流器的并联节点侧。
22.根据本技术的一方面，提出一种换流器，包括如前文所述的桥臂电路。
23.根据本技术的一些实施例的技术方案可具有以下有益效果中的一个或多个：
24.1、采用降低换流器中子换流器故障电流的桥臂电路，在电抗器的作用下，在故障概率相对较大的相邻桥臂短路时，能够有效抑制短路电流，保护子模块，降低经济损失，保障系统安全稳定运行。
25.2、采用降低换流器中子换流器故障电流的桥臂电路，只是改变桥臂并联节点和电抗器的放置位置，没有增加新的硬件结构，电路结构简单，工程现场可用性强。
26.3、采用降低换流器中子换流器故障电流的桥臂电路，适用于柔性低频输电以及直流输电工程，适应性强。
27.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。
附图说明
28.通过参照附图详细描述其示例实施例，本技术的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，而不是对本技术的限制。
29.图1示出一种桥臂三并联节点和电抗器布置在工频侧的故障电流图；
30.图2示出一示例性实施例的桥臂并联节点和电抗器均布置在低频侧的示意图；
31.图3示出一示例性实施例的桥臂并联节点和电抗器均布置在工频侧的示意图；
32.图4a-图4d示出一示例性实施例的桥臂并联节点和电抗器布置在低频侧的故障图；
33.图5a-图5d示出一示例性的桥臂并联节点和电抗器布置在低频侧的故障图的又一实施例；
34.图6a-图6d示出一示例性实施例的桥臂并联节点和电抗器布置在工频侧的故障图；
35.图7a-图7d示出一示例性的桥臂并联节点和电抗器布置在工频侧的故障图的又一实施例。
具体实施方式
36.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本技术将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
37.所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
38.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
39.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
40.本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本技术所必须的，因此不能用于限制本技术的保护范围。
41.下面描述本技术的装置实施例，其可以用于执行本技术方法实施例。对于本技术装置实施例中未披露的细节，可参照本技术方法实施例。
42.根据一些实施例，本技术旨在提出一种降低换流器中子换流器故障电流的桥臂电路。换流器包括并接的多个桥臂，换流器的一侧连接工频变压器后接入到三相工频交流系统且另一侧连接低频变压器后接入到低频交流系统，连接到相同并联节点的依次相邻的桥臂组成子换流器,单个桥臂包括串联的全桥子模块组和电抗器；各桥臂的电抗器布置在子换流器的并联节点侧。
43.图2示出一示例性实施例的桥臂并联节点和电抗器均布置在低频侧的示意图。
44.如图2所示，换流器由多个桥臂并接组成，单个桥臂由全桥子模块组sm与电抗器l
串联组成，全桥子模块组sm由多个全桥子模块串联而成。多个桥臂并接后连接到变压器的某一相组成单个子换流器；单个子换流器中的所有并接桥臂依次相临布置；各个桥臂的电抗器布置在子换流器的并联节点侧。
45.如图2所示，全桥子模块包括4个全控型功率器件和1个电容。其中：2个全控型功率器件同向串联后与另一组同样串联的2个全控型功率器件并联，并与电容并联，从2组串联的全控型功率器件中点引出两条引线，与下一个全桥子模块串联。
46.参见图2，子换流器1电连接并联节点1、子换流器2电连接并联节点2、子换流器3电连接并联节点3、子换流器n电连接并联节点n后，连接低频变压器后再接入到低频交流系统。
47.如图2所示，不同子换流器的同相桥臂的另一侧连接变压器，参见图2，子换流器1、2、3
…
n的a相桥臂电连接工频变压器后接入到三相工频交流系统，b相桥臂电连接工频变压器后接入到三相工频交流系统，c相桥臂电连接工频变压器后接入到三相工频交流系统。
48.根据一些实施例，并联节点可以设置在三相工频交流系统侧，也可以设置在低频交流系统侧，但是并联节点只能设置在三相工频交流系统或低频交流系统一侧。
49.参见图2，并联节点在低频交流系统侧，电抗器l布置在靠近并联节点的一侧，即低频交流系统侧。
50.根据一些实施例，工频是指电力系统的额定频率，我国为50hz，单位赫兹hz；低频是指低于工频50hz的频率，即大于0hz，小于50hz的电能频率。
51.根据一些实施例，并联节点布置在低频交流系统侧时，并联节点为n个，n为正整数。
52.根据一些实施例，子换流器有且仅有1个时，电抗器布置在低频交流系统侧。
53.根据示例实施例，每个变压器连接三相，因此，若子换流器个数为3n(n为正整数)，则低频侧变压器的个数为n；若子换流器个数不是3的正整数倍，则低频侧变压器的个数为子换流器的个数为除三后取整加一。
54.图3示出一示例性实施例的桥臂并联节点和电抗器均布置在工频侧的示意图。
55.如图3所示，图3所示的电路与图2所示的电路基本相同，区别在于：并联节点在三相工频交流系统侧，电抗器l布置在靠近并联节点的一侧，即三相工频交流系统侧。
56.根据示例实施例，子换流器1电连接并联节点1、子换流器2电连接并联节点2、子换流器3电连接并联节点3，并联节点1、2、3电连接工频变压器后接入到三相工频交流系统。
57.根据示例实施例，子换流器1、2、3中的同相桥臂并接后连接低频变压器，再接入到低频交流系统。
58.图4a-图4d示出一示例性实施例的桥臂并联节点和电抗器布置在低频侧的故障图。
59.如图4a-图4d所示，是桥臂并联节点和电抗器布置在低频侧的故障实施例图，图4a-图4d低频侧并联节点个数n从1到4，并联节点依次命名为u、v、w、x。参见图4a，n＝1时，并联节点为u，工频侧三相电压变换成低频侧单相电压；参见图4b，n＝2时，并联节点为u、v，工频侧三相电压变换成低频侧两相电压；参见图4c，n＝3时，并联节点为u、v、w，工频侧三相电压变换成低频侧三相电压，此为常见的一种布置方式；参见图4d，n＝4时，并联节点为u、v、w、x，工频侧三相电压变换成低频侧三相电压加单相电压，常规的变压器最多连接三相电
压，因此需要增加一个变压器。
60.参见图4，绘制出变压器漏电感，工频变压器侧漏电感依次为la、lb、lc，低频变压器侧漏电感依次为lu、lv、lw、lx。电抗器为lau、lbu、lcu、lav、lbv、lcv、law、lbw、lcw、lax、lbx、lcx，全桥子模块组sm1-sm12。
61.参见图4，短路点f1在子换流器内相邻桥臂au-bu间，且在工频变压器和全桥子模块组sm之间时，相邻桥臂间短路电流激增，sm1、sm2、lau和lbu形成回路，电抗器lau和lbu接入到短路回路可以有效抑制短路电流。
62.图5a-图5d示出一示例性的桥臂并联节点和电抗器布置在低频侧的故障图的又一实施例。
63.参见图5，图5所示的电路与图4所示的电路基本相同，区别在于：短路点f2在子换流器内相邻桥臂au-bu间，且在电抗器和全桥子模块组sm之间时，相邻桥臂间短路电流激增，sm1、sm2、la和lb形成回路，工频变压器侧漏电感la和lb接入到短路回路中，可以有效抑制短路电流。
64.图6a-图6d示出一示例性实施例的桥臂并联节点和电抗器布置在工频侧的故障图。
65.如图6a-图6d所示，是桥臂并联节点和电抗器布置在工频侧的故障实施例图，工频侧并联节点个数有且仅有3，依次为a、b、c；图6与图4相对应，由于低频侧同相电压的桥臂没有相邻布置，因此低频侧无并联节点。
66.根据一些实施例，有且仅有1个子换流器时，低频侧也有并联节点，则将电抗器布置在低频侧。
67.参见图6，绘制出变压器漏电感，如图6a-d所示，工频变压器侧漏电感依次为la、lb、lc，低频变压器侧漏电感依次为lu、lv、lw、lx。电抗器为lau、lbu、lcu、lav、lbv、lcv、law、lbw、lcw、lax、lbx、lcx，全桥子模块组sm1-sm12。
68.参见图6a,有且仅有1个子换流器，低频侧也有并联节点u，此时电抗器布置在低频侧，因此与图4的分析一致。
69.参见图6b-图6d，短路点f1在子换流器内相邻桥臂au-av间，且在电抗器和全桥子模块组sm之间时，sm1、sm2、la和lb形成回路，低频变压器侧漏电感lu和lv接入到短路回路中，相邻桥臂间短路电流激增，可以有效抑制短路电流。
70.图7a-图7d示出一示例性的桥臂并联节点和电抗器布置在工频侧的故障图的又一实施例。
71.参见图7，图7所示的电路与图6所示的电路基本相同，区别在于：短路点f2在子换流器内相邻桥臂au-av间，且在低频变压器和全桥子模块组sm之间时。
72.参见图7a,有且仅有1个子换流器，低频侧也有并联节点u，此时电抗器布置在低频侧，因此与图5的分析一致。
73.参见图7b-图7d，短路点f2在子换流器内相邻桥臂au-av间，且在低频变压器和全桥子模块组sm之间时，sm1、sm2、lau和lbu形成回路，电抗器lau和lav接入到短路回路中，可以有效抑制短路电流。
74.应清楚地理解，本技术描述了如何形成和使用特定示例，但本技术不限于这些示例的任何细节。相反，基于本技术公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施
例。
75.此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本技术示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
76.以上具体地示出和描述了本技术的示例性实施例。应可理解的是，本技术不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本技术意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。