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CN111756263A - 一种mmc换流器 - Google Patents

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CN111756263A CN202010430423.2A CN202010430423A CN111756263A CN 111756263 A CN111756263 A CN 111756263A CN 202010430423 A CN202010430423 A CN 202010430423A CN 111756263 A CN111756263 A CN 111756263A
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行登江
辛德峰
关更生
陈雪
徐关澄
曹建博
马万
龚培娇
王瑞
平明丽
孟向军
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
XJ Electric Co Ltd
Xian XJ Power Electronics Technology Co Ltd
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
XJ Electric Co Ltd
Xian XJ Power Electronics Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种MMC换流器，包括3相，每相包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂分别由多个子模块级联构成，还包括：分布式电感模块；分布式电感模块包括若干个电感组件，每个电感组件设置于上桥臂和/或下桥臂中相邻两个子模块之间。通过将电感分别设置于MMC换流器至少两相的上桥臂和下桥臂中各个子模块之间，并通过分布式设置的铁芯电感降低了对电感的体积和绝缘强度的要求，提高了设备的集成度，降低了生产成本；并通过悬浮电位消除电阻，避免了上桥臂和下桥臂中的多个子模块出现过高的电压变化率，也避免了各个电感之间出现高频环流，还增加了电感绕组和铁芯之间的绝缘耐压等级，克服了可能发生电感击穿的缺陷。

Description

一种MMC换流器
技术领域
本发明涉及交直流配网技术领域，特别涉及一种MMC换流器。
背景技术
近年来，随着配网工程的增加，MMC换流器在实际交直流配电工程中得到了更加广泛的应用，使得MMC模块数量增加及外接电感体积增大，并存在电压高、电流大、容量大等特点。因此，亟需体积更小、集成度更高的MMC换流器，来提高输电系统的安全性及运行效率。
现有技术中，MMC换流器的单相采用半桥子模块或全桥子模块串联后统一接电抗器L1(连接上桥臂)和电抗器L2(连接下桥臂)，通过电抗器L1和L2电抗器相连形成单相的输出桥臂电抗。如图1所示，a相正母线通过上桥臂子模块SM1到SMN(若干个半桥子模块或若干个全桥子模块)串联后通过上桥臂电抗器La1输出，a相负母线通过下桥臂子模块SM1到SMN(半桥子模块或全桥子模块)串联后通过桥臂电抗器La2输出。上桥臂与下桥臂相连形成a相桥臂输出。同理，上述MMC拓扑结构也产生b相桥臂输出、c相桥臂输出。桥臂采用上述电路连接方式，所用的电抗器La1、La2、Lb1、Lb2、Lc1和Lc2的体积均较大，设备绝缘和接地的技术要求均较高，电感的生产工艺要求也相对较高，导致设备的体积大、占地面积大、成本较高。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种MMC换流器，通过在MMC换流器上桥臂和下桥臂中的相邻两个子模块(半桥子模块或全桥子模块)之间设置分布式电抗器，解决了先有技术中上桥臂和下桥臂所用连接的电抗器体积大、成本高的问题，实现了设备的小型化，降低了设备的生产成本和使用成本。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种MMC换流器，包括3相，每相包括上桥臂和下桥臂，所述桥臂和下桥臂分别由多个子模块级联构成，包括：分布式电感模块；
所述分布式电感模块包括若干个电感组件，每个所述电感组件设置于所述上桥臂和/或下桥臂中相邻两个所述子模块之间。
进一步地，所述电感组件包括铁芯。
进一步地，所述电感组件还包括：
悬浮电位消除电阻，所述悬浮电位消除电阻一端与所述铁芯电感的铁芯连接，其另一端与所述子模块的正极或负极连接。
进一步地，所述悬浮电位消除电阻阻值为千欧级。
进一步地，所述上桥臂和/或下桥臂中的子模块为半桥子模块或全桥子模块。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过将电感分别设置于MMC换流器至少两相的上桥臂和下桥臂中各个子模块之间，并通过分布式设置的铁芯电感降低了对电感的体积和绝缘强度的要求，提高了设备的集成度，降低了生产成本；并通过悬浮电位消除电阻，避免了上桥臂和下桥臂中的多个子模块出现过高的电压变化率，也避免了各个电感之间出现高频环流，还增加了电感绕组和铁芯之间的绝缘耐压等级，克服了可能发生电感击穿的缺陷。
附图说明
图1是现有技术中MMC换流器的原理示意图；
图2是本发明实施例一提供的MMC换流器的原理示意图；
图3是本发明实施例二提供的MMC换流器的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是现有技术中MMC换流器的原理示意图。
请参照图1，现有技术中，MMC换流器多采用半桥子模块或全桥子模块串连后统一接桥臂电感的技术方案，上桥臂的桥臂电感和下桥臂的桥臂电感连接成单相的输出桥臂电抗，MMC换流器三相均采用上述技术方案，但存在电感体积大、绝缘要求高及成本高等问题。为解决上述技术问题，本发明提出在上桥臂和下桥臂的子模块中设置分布式电感组件，具体方案如下：
实施例一
图2是本发明实施例一提供的MMC换流器的原理示意图。
请参照图2，本发明实施例提供一种MMC换流器，包括a相、b相和c相，每相均包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂分别包括多个子模块SM1、SM2、……SMN，还包括：分布式电感模块。分布式电感模块包括若干个电感组件，每个电感组件均设置于上桥臂和/或下桥臂中相邻两个子模块之间。
如图2所示，可知电感组件在半桥子模块和全桥子模块中的连接方式。
设置于每相上桥臂和下桥臂中相邻两个子模块之间的电感组件，同样可以起到交流连接、抑制相间环流和抑制短路电流的作用。虽然电感值越大，电流波形越好控制，并网冲击越小，环流抑制会更方便，但同样存在电感压降越大和成本越高的问题，即需要更多的功率单元支撑才能发出同等无功功率。
在本实施例的一个具体实施方式中，电感组件包括铁芯。具体的，电感组件可以为将电感作为绕组，缠绕在相对应的铁芯上。
可选的，MMC换流器中每相上桥臂和下桥臂中的多个子模块为半桥子模块或全桥子模块。上述半桥子模块或全桥子模块仅用于表明本发明实施例的具体可选方式，本发明不以此为限。其他的MMC拓扑也适用于本发明的技术方案，同样可以实现减小电感的体积和使用要求，提高设备集成度，降低成本。
实施例二
图3是本发明实施例二提供的MMC换流器的原理示意图。
在中亚和高压配网时，如MMC换流器采用模块级联化的拓扑结构时，半桥子模块或全桥子模块由于与主电路之间缺少电气连接会产生悬浮电位，如果电场强度不均匀会导致悬浮电位产生一定的电场，进而导致出现放电现象，严重时可能烧坏绝缘层，影响设备的安全运行。
请参照图3，本实施例提供了一种MMC换流器，包括3相，每相均包括上桥臂和下桥臂，每个上桥臂和下桥臂均包括多个子模块SM1、SM2、……SMN，MMC换流器还包括分布式电感模块，该分布式电感模块包括多个电感组件，每一个电感组件包括铁芯电感和悬浮电位消除电阻。
铁芯电感集成悬浮电位消除电阻后，可以避免模块出现过大的电压变化率(即du/dt)，有效降低了铁芯电感中铁芯的悬浮电位，避免了可能出现的局部放电现象，提高了设备的安全性和可靠性。
如图3所示，可知电感组件在半桥子模块和全桥子模块中的具体连接方式。
具体的，每个铁芯电感设置于上桥臂或下桥臂中相邻两个子模块之间，悬浮电位消除电阻的一端与铁芯电感的铁芯连接，其另一端与相应的子模块的正极或负极连接。
本实施例中铁芯电感的连接方式与实施例一中的连接方式相同，其一端与相邻子模块中的一个连接，其另一端与另一个子模块连接。
悬浮电位消除电阻一般采用高阻抗电阻，因其较高的电阻值，避免了上桥臂或下桥臂中子模块和电感之间产生的高频环流，并增加了电感绕组和铁芯之间的绝缘耐压等级，避免了电感发生击穿现象。
本发明实施例旨在保护一种MMC换流器，包括3相，每相包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂分别由多个子模块级联构成，还包括：分布式电感模块；分布式电感模块包括若干个电感组件，每个电感组件设置于上桥臂和/或下桥臂中相邻两个子模块之间。上述技术方案具备如下效果：
通过将电感分别设置于MMC换流器至少两相的上桥臂和下桥臂中各个子模块之间，并通过分布式设置的铁芯电感降低了对电感的体积和绝缘强度的要求，提高了设备的集成度，降低了生产成本；并通过悬浮电位消除电阻，避免了上桥臂和下桥臂中的多个子模块出现过高的电压变化率，也避免了各个电感之间出现高频环流，还增加了电感绕组和铁芯之间的绝缘耐压等级，克服了可能发生电感击穿的缺陷。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种MMC换流器，包括3相，每相包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂分别由多个子模块级联构成，其特征在于，还包括：分布式电感模块；
所述分布式电感模块包括若干个电感组件，每个所述电感组件设置于所述上桥臂和/或下桥臂中相邻两个所述子模块之间。
2.根据权利要求1所述的MMC换流器，其特征在于，所述电感组件包括铁芯。
3.根据权利要求2所述的MMC换流器，其特征在于，所述电感组件还包括：
悬浮电位消除电阻，所述悬浮电位消除电阻一端与所述铁芯电感的铁芯连接，其另一端与所述子模块的正极或负极连接。
4.根据权利要求3所述的MMC换流器，其特征在于，
所述悬浮电位消除电阻阻值为千欧级。
5.根据权利要求1-4任一项所述的MMC换流器，其特征在于，
所述上桥臂和/或下桥臂中的子模块为半桥子模块或全桥子模块。
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