一种模块化多电平换流器旁路机构及工作方法
阅读说明：本技术 一种模块化多电平换流器旁路机构及工作方法 (Modular multilevel converter bypass mechanism and working method ) 是由 谢文刚 肖风良 李伟 宋中建 张志成 罗光荣 武可 刘凯 于 2019-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种模块化多电平换流器旁路机构及工作方法,包括：交流断路器QF和六个换流器组件；提高了每个子模块下部二极管耐受冲击电流的能力,有利于整个换流器将传统方案中每个子模块并联晶闸管的方式更改为每个桥臂所有子模块两端并联晶闸管,可优先选用大功率、高电压的晶闸管,减少了晶闸管的用量,经济性更高,控制也更为简单,同时也有利于整体结构的设计；在逆变模式下可大大减小通过各个子模块下部二极管的冲击电流,可靠性更高。(The invention provides a modular multilevel converter bypass mechanism and a working method thereof, wherein the modular multilevel converter bypass mechanism comprises the following steps: an alternating current breaker QF and six inverter assemblies; the capability of the diode at the lower part of each submodule to bear the impact current is improved, the whole converter is favorable for changing the mode that each submodule is connected with the thyristor in parallel in the traditional scheme into the mode that the thyristors are connected with both ends of all submodules in each bridge arm in parallel, the high-power and high-voltage thyristors can be preferentially selected, the using amount of the thyristors is reduced, the economy is higher, the control is simpler, and the design of the whole structure is also favorable; and the impact current passing through the lower diodes of each submodule can be greatly reduced in an inversion mode, and the reliability is higher.)
技术领域
本发明涉及电平换流器技术领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器旁路机构及工作方法。
背景技术
随着电力半导体技术的不断进步，基于电压源变流器的柔性直流输电(VSC-HVDC)技术成为最近发展起来的一种新型电力传输系统，它采用脉冲宽度调制技术(PWM)直接将直流电压逆变为幅值和相位都可控的交流电压，不需借助受端电网电压进行换相，并对受端电网的系统容量没有限制，可用于孤立小系统与主网之间的连接。模块化多电平变流器MMC在VSC-HVDC中广泛应用，它的基本单元是一个半桥或全桥变流单元；与链式变流器结构类似，多组变流单元被级联在一起构成一个换流桥臂；6组级联换流桥臂组合在一起构成三相变流器。
当换流器发生直流短路故障时，若换流器工作在整流模式，需将各个子模块并联的旁路晶闸管导通，实现换流器各桥臂的旁路，对于高压换流阀，子模块数量众多，结构复杂，成本较高，也增加了控制难度；若换流器工作在逆变模式，故障电流会通过每个子模块下部的二极管形成回路，较大的冲击电流可能造成二极管损坏，不利于系统的稳定性。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种提高了每个子模块下部二极管耐受冲击电流的能力，有利于整个换流器的结构优化的模块化多电平换流器旁路机构，包括：交流断路器QF和六个换流器组件；六个换流器组件分为三组，每组设有两个换流器组件；
交流断路器QF的第一相电输出端分别与两个换流器组件连接形成回路；
交流断路器QF的第二相电输出端分别与两个换流器组件连接形成回路；
交流断路器QF的第三相电输出端分别与两个换流器组件连接形成回路。
进一步需要说明的是，换流器组件包括：旁路单元，换流子模块，桥臂电阻和桥臂电感；
旁路单元与换流子模块并联连接，且旁路单元与换流子模块的并联电路与桥臂电阻和桥臂电感串联连接。
进一步需要说明的是，换流子模块设有多个换流单元，多个换流单元串联连接。
进一步需要说明的是，旁路单元与换流子模块的并联电路一端连接回路；
旁路单元与换流子模块的并联电路的另一端连接桥臂电阻第一端；
桥臂电阻第二端与桥臂电感第一端连接；
桥臂电感第二端连接交流断路器QF的相电输出端。
进一步需要说明的是，旁路单元设有第一旁路晶闸管和第二旁路晶闸管；
第一旁路晶闸管和第二旁路晶闸管并联连接，且第一旁路晶闸管和第二旁路晶闸管的导通方向相反。
本发明还提供一种模块化多电平换流器旁路机构的工作方法，方法包括：
机构正常运行时，旁路单元不动作；
当发生直流侧短路故障时，换流子模块的换流单元闭锁，同时旁路单元中的其中一个旁路晶闸管导通。
当机构工作在整流模式时，换流子模块闭锁的同时，触发第二旁路晶闸管导通，旁路单元的第二旁路晶闸管与桥臂电阻和桥臂电感导通。
当机构工作在逆变模式时，换流子模块闭锁的同时，旁路单元中的第一旁路晶闸管导通，故障电流通过桥臂电阻、桥臂电感与换流子模块形成回路二；还通过第一旁路晶闸管形成回路一，第一旁路晶闸管与换流子模块形成了分流，减小了短路电流对二极管的冲击；
在第一旁路晶闸管形成回路后，交流断路器QF跳闸，待直流侧电流衰减后重合闸，重合闸成功后解锁换流子模块，机构重新启动。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
将传统方案中每个子模块并联晶闸管的方式更改为每个桥臂所有子模块两端并联晶闸管，可优先选用大功率、高电压的晶闸管，减少了晶闸管的用量，经济性更高，控制也更为简单，同时也有利于整体结构的设计；在逆变模式下可大大减小通过各个子模块下部二极管的冲击电流，可靠性更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为带有所述旁路结构的模块化多电平换流器示意图；
图2为换流器工作在逆变模式时的放电回路示意图。
图中标号的含义为：1为旁路单元，1-1为第一旁路晶闸管，1-2为第二旁路晶闸管，2为换流子模块，3为换流单元，4为桥臂电阻，5为桥臂电感，6为换流器组件，8为回路一，9为回路二，QF为交流断路器。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
本发明提供一种模块化多电平换流器旁路机构，如图1和图2所示，包括：交流断路器QF和六个换流器组件6；六个换流器组件6分为三组，每组设有两个换流器组件6；
交流断路器QF的第一相电输出端分别与两个换流器组件6连接形成回路；交流断路器QF的第二相电输出端分别与两个换流器组件6连接形成回路；交流断路器QF的第三相电输出端分别与两个换流器组件6连接形成回路。
换流器组件6包括：旁路单元1，换流子模块2，桥臂电阻4和桥臂电感5；旁路单元1与换流子模块2并联连接，且旁路单元1与换流子模块2的并联电路与桥臂电阻4和桥臂电感5串联连接。
本发明涉及的换流子模块2设有多个换流单元3，多个换流单元3串联连接。
旁路单元1与换流子模块2的并联电路一端连接回路；旁路单元1与换流子模块2的并联电路的另一端连接桥臂电阻4第一端；桥臂电阻4第二端与桥臂电感5第一端连接；桥臂电感5第二端连接交流断路器QF的相电输出端。
旁路单元1设有第一旁路晶闸管1-1和第二旁路晶闸管1-2；第一旁路晶闸管1-1和第二旁路晶闸管1-2并联连接，且第一旁路晶闸管1-1和第二旁路晶闸管1-2的导通方向相反。
本发明采取的技术方案是在模块化多电平换流器每个桥臂所有子模块的两端并联一个旁路结构来实现的，即旁路结构先与多电平换流器各桥臂子模块两端并联，再与桥臂电感和桥臂电感串联。
而且，将传统方案中每个子模块并联晶闸管的方式更改为每个桥臂所有子模块两端并联晶闸管，可优先选用大功率、高电压的晶闸管，减少了晶闸管的用量，经济性更高，控制也更为简单，同时也有利于整体结构的设计。
本发明提供的多电平换流器旁路结构，在发生直流短路故障时，可实现整个换流阀的可靠旁路，且结构简单、经济性高，提高了每个子模块下部二极管耐受冲击电流的能力，有利于整个换流器的结构优化。
本发明还提供一种模块化多电平换流器旁路机构的工作方法，方法包括：
机构正常运行时，旁路单元不动作；当发生直流侧短路故障时，换流子模块的换流单元闭锁，同时旁路单元中的其中一个旁路晶闸管导通。
当机构工作在整流模式时，换流子模块闭锁的同时，触发第二旁路晶闸管导通，旁路单元的第二旁路晶闸管与桥臂电阻4和桥臂电感5导通。
当机构工作在逆变模式时，换流子模块闭锁的同时，旁路单元中的第一旁路晶闸管导通，故障电流通过桥臂电阻、桥臂电感与换流子模块形成回路二9；也就是故障电流通过桥臂电阻、桥臂电感与换流子模块的二极管形成回路二9。
还通过第一旁路晶闸管形成回路一8，第一旁路晶闸管与换流子模块形成了分流，也就是第一旁路晶闸管与各子模块下部的二极管形成了分流，减小了短路电流对二极管的冲击。
在第一旁路晶闸管形成回路后，交流断路器QF跳闸，待直流侧电流衰减后重合闸，重合闸成功后解锁换流子模块，机构重新启动。
将传统方案中每个换流子模块并联晶闸管的方式更改为每个桥臂所有换流子模块两端并联晶闸管，可优先选用大功率、高电压的晶闸管，减少了晶闸管的用量，经济性更高，控制也更为简单，同时也有利于整体结构的设计；在逆变模式下可大大减小通过各个子模块下部二极管的冲击电流，可靠性更高。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等如果存在是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。