【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性直流输配电、电力电子，具体地，涉及一种具有卸荷功能的柔直换流器及控制方法。
技术介绍
1、柔性直流输电技术，具有有功无功独立可控、无需无功补偿、可向无源网络供电、潮流反转时电压极性不变等特点，非常适用于远距离大规模新能源并网。
2、以大规模海上风电并网系统为例，由于风电机组惯性大，海上换流站(送端)的送出功率不能突变。当岸上换流站(受端)交流并网侧发生故障时，岸上换流站(受端)并网功率受到限制，无法将海上换流站(送端)的送出功率完全消纳。盈余功率会对换流器中的电容器以及直流海缆寄生电容进行充电，导致过电压。直流卸荷装置能够消耗直流电网中的盈余功率，避免发生过电压或风机大规模脱网。
3、现有的直流卸荷装置，可以分为集中式卸荷装置、分布式卸荷装置和混合式卸荷装置三种。其中，集中式卸荷装置存在串联开关器件均压困难问题，且工作时电压波动大；分布式卸荷装置的电压波动小，但是大量子模块需要更多的全控型开关器件、晶闸管等开关器件，同时需要额外的水冷装置，显著增加了成本；混合式卸荷装置是集中式和分布式卸荷装置的结合，与分布式卸荷装置相比，一定程度上减少了装置成本，但仍需要大量开关器件和水冷装置。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种具有卸荷功能的柔直换流器及控制方法。
2、根据本专利技术的一个方面，提供一种具有卸荷功能的柔直换流器，包括：模块化多电平柔直换流器，以及安装于所述模块化多电平柔直换流器中的直流卸荷装置；
3、所述模块化多电平柔直换流器包括上换流站桥臂、下换流站桥臂、上桥臂电抗器和下桥臂电抗器；
4、所述直流卸荷装置包括卸荷桥臂和辅助关断桥臂，卸荷桥臂能够消耗系统中的盈余功率，辅助关断桥臂能够协助关断卸荷桥臂中的开关器件；
5、所述卸荷功能的柔直换流器拓扑包括如下的一种或者多种：
6、第一种拓扑，所述直流卸荷装置为单相，包括上下两个相同的部分，分别安装于柔直换流器任意一相的上换流站桥臂、下换流站桥臂上；每部分包括：卸荷桥臂、辅助关断桥臂；所述辅助关断桥臂与上换流站桥臂、下换流站桥臂串联后再与所述卸荷桥臂并联；
7、第二种拓扑，所述直流卸荷装置为三相，每相与第一种拓扑中的直流卸荷装置相同；
8、第三种拓扑，所述直流卸荷装置为单相，每相包括两个卸荷桥臂、一个辅助关断桥臂；两个卸荷桥臂串联后，与柔直换流器任意一相的上换流站桥臂、下换流站桥臂并联，所述辅助关断桥臂连接在上下的卸荷桥臂中间和上换流站桥臂、下换流站桥臂中间；
9、第四种拓扑，所述直流卸荷装置为三相，每相与第三种拓扑中的直流卸荷装置相同；
10、第五种拓扑，所述直流卸荷装置为三相；每相包括一个卸荷桥臂、两个辅助关断桥臂；两个所述辅助关断桥臂分别连接在交流端口和上换流站桥臂之间、交流端口和下换流站桥臂之间；所述卸荷桥臂连接在上换流站桥臂中间和下换流站桥臂中间；
11、第六种拓扑，所述直流卸荷装置为三相；每相包括一个卸荷桥臂、一个辅助关断桥臂；所述卸荷桥臂和所述辅助关断桥臂串联后，连接在上换流站桥臂中间和下换流站桥臂中间。
12、优选地，所述模块化多电平柔直换流器的每相包括：上换流站桥臂、下换流站桥臂、上桥臂电抗器、下桥臂电抗器；
13、所述上桥臂电抗器一端采用星型连接，其中性点连接直流端口的正极，各相所述上桥臂电抗器的另一端连接对应相的所述上换流站桥臂上端；对于未安装直流卸荷装置的每相换流站桥臂，所述上换流站桥臂下端连接所述下换流站桥臂上端；所述下桥臂电抗器一端采用星型连接，其中性点连接直流端口的负极，各相所述下桥臂电抗器的另一端连接对应相的所述下换流站桥臂下端。
14、优选地，第一种拓扑，所述流卸荷装置仅安装在柔直换流器的一相桥臂上；
15、所述直流卸荷装置包括上卸荷桥臂、上辅助关断桥臂、下卸荷桥臂、下辅助关断桥臂；
16、所述上辅助关断桥臂一端连接上换流站桥臂的下端，另一端连接交流端口；所述下辅助关断桥臂一端连接下换流站桥臂的上端，另一端连接交流端口；所述上卸荷桥臂的一端连接上换流站桥臂的上端，另一端连接交流端口；所述下卸荷桥臂的一端连接下换流站桥臂的下端，另一端连接交流端口。
17、或者，所述上换流站桥臂一端连接上辅助关断桥臂的下端，另一端连接交流端口；
18、所述下换流站桥臂一端连接下辅助关断桥臂的上端，另一端连接交流端口；
19、所述上卸荷桥臂的一端连接上辅助关断桥臂的上端，另一端连接交流端口；所述下卸荷桥臂的一端连接下辅助关断桥臂的下端，另一端连接交流端口；
20、优选地，第二种拓扑，所述流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；每相与第一种拓扑相同。
21、优选地，第三种拓扑，所述直流卸荷装置仅安装在柔直换流器的一相桥臂上；
22、所述直流卸荷装置包括：上卸荷桥臂、下卸荷桥臂、辅助关断桥臂；
23、所述上卸荷桥臂上端和上换流站桥臂上端连接，所述上卸荷桥臂下端和所述下卸荷桥臂上端连接，所述下卸荷桥臂下端和所述下换流站桥臂下端连接；所述辅助关断桥臂的一端连接所述上卸荷桥臂下端，另一端连接所述上换流站桥臂下端。
24、优选地，第四种拓扑，所述流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；每相与第三种拓扑相同。
25、优选地，所述具有模块化多电平柔直换流器的每相包括：第一上换流站桥臂、第二上换流站桥臂、第一下换流站桥臂、第二下换流站桥臂、上桥臂电抗器、下桥臂电抗器；
26、所述上桥臂电抗器一端采用星型连接，其中性点连接直流端口的正极，各相所述上桥臂电抗器的另一端连接对应相的所述第一上换流站桥臂上端；所述第二上换流站桥臂的上端连接所述第一上换流站桥臂的下端；
27、所述下桥臂电抗器一端采用星型连接，其中性点连接直流端口的负极，各相所述下桥臂电抗器的另一端连接对应相的所述第二下换流站桥臂下端；所述第一下换流站桥臂的下端连接所述第二下换流站桥臂的上端。
28、优选地，第五种拓扑，所述直流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；
29、所述直流卸荷装置中每一相包括：卸荷桥臂、上辅助关断桥臂、下辅助关断桥臂；
30、所述卸荷桥臂上端和第一上换流站桥臂的下端连接，所述卸荷桥臂下端和所述第二下换流站桥臂的上端连接；所述上辅助关断桥臂的一端连接所述第二上换流站桥臂的下端，另一端连接交流端口；所述下辅助关断桥臂的一端连接所述第一下换流站桥臂的上端，另一端连接交流端口。
31、优选地，第六种拓扑，所述直流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；
32、所述直流卸荷装置中每一相包括：卸荷桥臂、辅助关断桥臂；所述卸荷桥臂上端和第一上换流站桥臂的下端连接，所述卸荷桥臂下端和所述辅助关断桥臂的上端连接，所述辅助关断桥臂的下端和所述第二下换流站桥臂的上端连接。
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【技术保护点】
1.一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，包括：模块化多电平柔直换流器，以及安装于所述模块化多电平柔直换流器中的直流卸荷装置；
2.根据权利要求1所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，所述模块化多电平柔直换流器的每相包括：上换流站桥臂、下换流站桥臂、上桥臂电抗器、下桥臂电抗器；
3.根据权利要求2所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第一种拓扑，
4.根据权利要求3所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第二种拓扑，所述流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；每相与第一种拓扑相同。
5.根据权利要求2所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第三种拓扑，
6.根据权利要求5所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第四种拓扑，所述流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；每相与第三种拓扑相同。
7.根据权利要求1所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，所述具有模块化多电平柔直换流器的每相包括：第一上换流站桥臂、第二上换流站桥臂、第一下换流站桥臂、第二下换流站桥
8.根据权利要求7所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第五种拓扑，所述直流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；
9.根据权利要求1所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第六种拓扑，所述直流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，所述模块化多电平柔直换流器为中压级或高压级、具有模块化多电平结构的、三相的、电压源型变流器，具备交直流电能变换的功能，能够实现中高压交流电网和直流系统的联接。
11.根据权利要求1-9任一项所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，所述上换流站桥臂、下换流站桥臂包括：多个串联连接的换流站子模块；
12.一种具有卸荷能力的柔直换流器的控制方法，其特征在于，具有卸荷能力的柔直换流器具有两种运行模式，包括：
13.根据权利要求12所述的一种具有卸荷能力的柔直换流器的控制方法，其特征在于，针对第四种具有卸荷功能的柔直换流器拓扑，控制所述辅助关断桥臂和所述换流站桥臂的输出电压，实现所述卸荷桥臂中晶闸管的关断。
14.根据权利要求13所述的一种具有卸荷能力的柔直换流器的控制方法，其特征在于，控制所述辅助关断桥臂和所述换流站桥臂的输出电压在每个工频周期内同时改变，实现所述卸荷桥臂中晶闸管在每个工频周期内的关断。
15.根据权利要求14所述的一种具有卸荷能力的柔直换流器的控制方法，其特征在于，在关断某一相上卸荷桥臂时，控制对应相上换流站桥臂电压为零，控制对应相下换流站桥臂电压为直流电网电压，控制辅助关断桥臂电压为不大于0.05pu的正极性电压，让上卸荷桥臂中的晶闸管承受反向电压而关断；
16.根据权利要求15所述的一种具有卸荷能力的柔直换流器的控制方法，其特征在于，在关断某一相卸荷桥臂时，控制其他相所述换流站桥臂电压跟随变化，补偿换流站交流测线电压的变化；假设关断A相上卸荷桥臂的时刻为t0，此时控制各换流站桥臂电压为：
17.根据权利要求16所述的一种具有卸荷能力的柔直换流器的控制方法，其特征在于，改变换流站桥臂电压没有改变换流站输出的直流电压和交流线电压，具体的，
...【技术特征摘要】
1.一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，包括：模块化多电平柔直换流器，以及安装于所述模块化多电平柔直换流器中的直流卸荷装置；
2.根据权利要求1所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，所述模块化多电平柔直换流器的每相包括：上换流站桥臂、下换流站桥臂、上桥臂电抗器、下桥臂电抗器；
3.根据权利要求2所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第一种拓扑，
4.根据权利要求3所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第二种拓扑，所述流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；每相与第一种拓扑相同。
5.根据权利要求2所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第三种拓扑，
6.根据权利要求5所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第四种拓扑，所述流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；每相与第三种拓扑相同。
7.根据权利要求1所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，所述具有模块化多电平柔直换流器的每相包括：第一上换流站桥臂、第二上换流站桥臂、第一下换流站桥臂、第二下换流站桥臂、上桥臂电抗器、下桥臂电抗器；
8.根据权利要求7所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第五种拓扑，所述直流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；
9.根据权利要求1所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，第六种拓扑，所述直流卸荷装置安装在柔直换流器的三相桥臂上；
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种具有卸荷功能的柔直换流器，其特征在于，所述模块化多电平柔直换流器为中压级或高压级、具有模块化多电平结构的、三相的、电压源型变...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建文，施刚，刘禹闻，杨仁炘，周剑桥，王晗，曹云峰，蔡旭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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