一种适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统技术方案

本发明专利技术提供了一种适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统，包括多个二电平子模块、多个LC滤波器、多绕组变压器、主控装置和多个从控装置；每个二电平子模块的交流侧均通过一个LC滤波器连接到多绕组变压器的低压侧绕组，所述多绕组变压器的高压侧绕组连接外部交流系统；二电平子模块的直流侧串联接入正极直流母线和负极直流母线之间；每个从控装置连接一个二电平子模块，主控装置连接所有从控装置；降低了成本，大大减少了占地面积，集成度高且维护难度小，电路简单，使用器件数目少，且结构紧凑，损耗低，功率传输效率高，本发明专利技术中的主控装置采用控制和保护结合，取消阀控的紧凑式主从架构的控制保护架构，具有紧凑性和经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统
本专利技术涉及直流配电网
，具体涉及一种适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统。
技术介绍
柔性直流输电相比于传统直流输电技术采用全控器件取代半控器件，可以实现有功功率和无功功率的独立控制；实现无源交流系统供电；滤波器容量小、占地面积小、便于模块化等优点，尤其适用于新能源发电并网、孤岛供电、交流系统异步互联、分布式发电并网、直流电网以及城市配电等领域。近年来随着柔性直流输电技术在高压领域应用经验的不断积累，再加上受分布式能源和储能技术发展的驱动，在直流配电网领域，基于电压源换流器(VoltageSourceConverter，VSC)型的直流输电技术得到了广泛的关注，开展了一系列的示范工程。现有技术中，应用于直流配电网领域的电压源换流器普遍采用模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，MMC)，模块化多电平换流器是通过一系列结构相同的子单元(半桥或全桥)级联而成，具有模块化特性，易于扩展电压和容量，有较低的开关频率与损耗，但是模块化多电平换流器的开关器件数目较多，成本高，占地面积大。且在控制保护系统方面，控制和保护通过不同的装置实现，即使在直流配网领域也沿用的是高压直流输电领域的技术方案，一般其二次系统分为远动通信系统、运行人员控制系统、交流站控、直流站控、直流极控等多个子系统构成的控制保护系统。串联开关器件同时动作将产生较高的电压变化率，所有器件的选型都需要考虑耐受大的冲击电压，以及对应的电磁兼容问题，模块化多电平换流器集成度低，且维护难度大。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中成本高、占地面积大、集成度低且维护难度大的不足，本专利技术提供一种适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统，包括多个二电平子模块、多个LC滤波器、多绕组变压器、主控装置和多个从控装置；每个二电平子模块的交流侧均通过一个LC滤波器连接到多绕组变压器的低压侧绕组，所述多绕组变压器的高压侧绕组连接外部交流系统；二电平子模块的直流侧串联接入正极直流母线和负极直流母线之间；每个从控装置连接一个二电平子模块，主控装置连接所有从控装置，主控模块用于通过从控模块获取的二电平子模块的信息生成控制指令，并将所述控制指令下发至相应的从控装置；从控模块用于获取二电平子模块的信息，并基于所述基于控制指令对二电平子模块进行控制，降低了成本，大大减少了占地面积，集成度高且维护难度小。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统，包括多个二电平子模块、多个LC滤波器、多绕组变压器、主控装置和多个从控装置；所述每个二电平子模块的交流侧均通过一个LC滤波器连接到多绕组变压器的低压侧绕组，所述多绕组变压器的高压侧绕组连接外部交流系统；所有二电平子模块的直流侧串联接入正极直流母线和负极直流母线之间；所述每个从控装置连接一个二电平子模块，所述主控装置连接所有从控装置；所述主控模块用于通过从控模块获取的二电平子模块的信息生成控制指令，并将所述控制指令下发至相应的从控装置；所述从控模块用于获取二电平子模块的信息，并基于所述基于控制指令对二电平子模块进行控制。还包括断路器KB和与所述断路器KB并联的启动电阻R；所述断路器KB连接于外部交流系统和多绕组变压器之间。所述LC滤波器包括滤波电感L和滤波电容C；所述滤波电容C一端与滤波电感L连接，另一端连接相应二电平子模块的参考地。所述LC滤波器、从控装置和二电平子模块的个数均相等。所述主控装置包括：数据采集板卡，用于采集多绕组变压器高压侧的交流电压和交流电压；开关量板卡，用于采集多绕组变压器高压侧开关KA、断路器KB、电压源换流器系统正极直流母线出口处开关KP以及负极直流母线出口处开关KN各自的状态信息；通信接口板卡，用于接收上层电网调度系统下发的调度指令，以及来自于从装装置的二电平子模块的交流电压、交流电流、直流电压和状态，并将控制指令传输给从控装置；所述调度指令包括并离网控制、有功/直流电压和无功/交流电压；极控板卡，用于基于所述调度指令、二电平子模块的交流电压、交流电流、直流电压和状态生成控制指令，并下发控制指令；站控板卡，用于基于所述开关量板卡采集的状态信息对多绕组变压器高压侧开关、断路器K1、电压源换流器系统正极直流母线出口处开关以及负极直流母线出口处开关进行控制。所述主控装置还包括：保护板卡，用于基于所述多绕组变压器高压侧的交流电压和交流电压对电压源换流器系统进行保护；录波板卡，用于对主控装置发生故障后各个板卡获取的信息进行录波。所述从控装置包括：数据采集接口，用于采集二电平子模块的交流电压、交流电流和直流电压；触发和保护模块，用于基于控制指令对二电平子模块进行控制；开关量接口，用于采集子模块的状态。还包括开关电路，所述开关电路连接于二电平子模块的正极直流母线和负极直流母线之间，其包括第一IGBT模块、第二IGBT模块和开关K；所述第一IGBT模块和第二IGBT模块串联，所述开关K与第二IGBT模块并联。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：本专利技术提供的适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统包括多个二电平子模块、多个LC滤波器、多绕组变压器、主控装置和多个从控装置；每个二电平子模块的交流侧均通过一个LC滤波器连接到多绕组变压器的低压侧绕组，所述多绕组变压器的高压侧绕组连接外部交流系统；二电平子模块的直流侧串联接入正极直流母线和负极直流母线之间；每个从控装置连接一个二电平子模块，主控装置连接所有从控装置，主控模块用于通过从控模块获取的二电平子模块的信息生成控制指令，并将所述控制指令下发至相应的从控装置；从控模块用于获取二电平子模块的信息，并基于所述基于控制指令对二电平子模块进行控制，降低了成本，大大减少了占地面积，集成度高且维护难度小；本专利技术提供的技术方案不再单独配置控制系统、保护系统和阀控系统，交流站控和直流站控功能不再单独划分，如果两个换流器构成双极模式运行时候，不再单独设置双极控制系统，主控装置和从控装置之间依靠光纤通信实现信息交互，主控装置集成了站控、极控和保护功能，通过同一装置实现对二电平子模块的控制和对紧凑型电压源换流器系统的保护，大大提交了集成度，且由于高度集成，降低了维护难度；本专利技术提供的技术方案电路简单，使用器件数目少，且结构紧凑，损耗低，功率传输效率高，适用于新能源并网、柔性直流输电和柔性交流输电等场合；本专利技术采用多绕组变压器实现隔离，多绕组变压器具有多个副边绕组，实现输出电位叠加，规避了IGBT器件串联；本专利技术中的二电平子模块是完整的三电平换流器，可以直接连接交流系统，极大降低了二电平子模块数量及直流支撑电容容量；本专利技术提供的电压源换流器系统交流侧利用多绕组变压器耦合，实现传输容量的增加，避免了IGB本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统，其特征在于，包括多个二电平子模块、多个LC滤波器、多绕组变压器、主控装置和多个从控装置；/n所述每个二电平子模块的交流侧均通过一个LC滤波器连接到多绕组变压器的低压侧绕组，所述多绕组变压器的高压侧绕组连接外部交流系统；/n所有二电平子模块的直流侧串联接入正极直流母线和负极直流母线之间；/n所述每个从控装置连接一个二电平子模块，所述主控装置连接所有从控装置；/n所述主控模块用于通过从控模块获取的二电平子模块的信息生成控制指令，并将所述控制指令下发至相应的从控装置；/n所述从控模块用于获取二电平子模块的信息，并基于所述基于控制指令对二电平子模块进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统，其特征在于，包括多个二电平子模块、多个LC滤波器、多绕组变压器、主控装置和多个从控装置；
所述每个二电平子模块的交流侧均通过一个LC滤波器连接到多绕组变压器的低压侧绕组，所述多绕组变压器的高压侧绕组连接外部交流系统；
所有二电平子模块的直流侧串联接入正极直流母线和负极直流母线之间；
所述每个从控装置连接一个二电平子模块，所述主控装置连接所有从控装置；
所述主控模块用于通过从控模块获取的二电平子模块的信息生成控制指令，并将所述控制指令下发至相应的从控装置；
所述从控模块用于获取二电平子模块的信息，并基于所述基于控制指令对二电平子模块进行控制。


2.根据权利要求1所述的适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统，其特征在于，还包括断路器KB和与所述断路器KB并联的启动电阻R；
所述断路器KB连接于外部交流系统和多绕组变压器之间。


3.根据权利要求1所述的适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统，其特征在于，所述LC滤波器包括滤波电感L和滤波电容C；
所述滤波电容C一端与滤波电感L连接，另一端连接相应二电平子模块的参考地。


4.根据权利要求1所述的适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统，其特征在于，所述LC滤波器、从控装置和二电平子模块的个数均相等。


5.根据权利要求3所述的适用于直流配网的紧凑型电压源换流器系统，其特征在于，所述主控装置包括：
数据采集板卡，用于采集多绕组变压器高压侧的交流电压和交流电压；
开关量板卡，用于采集多绕组变压器高压侧开关KA、断路器KB、电压源换...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓楠，吴保义，赵彩萍，汤飞，韩磊，王克峰，王月荣，张丽坤，郑青青，
申请(专利权)人：南瑞集团有限公司，中电普瑞电力工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32