一種用於輕型直流輸電設備的新型功率單元的製作方法
2023-05-24 09:34:36 1
專利名稱：一種用於輕型直流輸電設備的新型功率單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於輕型直流輸電設備的新型功率單元。
背景技術：
我國能源資源與用電負荷分布的特殊性，成為發展遠距離、大容量輸電的必然性。 尤其是超過600km以上的遠程輸電線路，採用直流輸電更加節能、降耗，提高經濟效益，實現更大範圍內的能源資源的合理開發、優化配置，符合我國「西電東送」的國情。隨著電力電子和計算機技術的迅速發展，輕型直流輸電技術日趨完善，在輸電能力和送電距離上已可和特高壓交流競爭，並且相對於特高壓交流輸電技術，輕型直流輸電技術有如下優點1、輸送相同功率時，輕型直流輸電所用線材僅為交流輸電的2/3 1/2 ；2、在電纜輸電線路中，輕型直流輸電沒有電容電流產生，而高壓交流輸電線路存在電容電流，引起損耗；3、輕型直流輸電多使用地下電纜，使其對周圍環境沒有視覺上的影響，也沒有電纜產生的磁場，可見輕型直流輸電技術本身是極其環保的。並且在一些特殊場合，必須用電纜輸電，例如高壓輸電線經過大城市時，採用地下電纜；輸電線經過海峽時，要用海底電纜；4、直流輸電時，其兩側交流系統不需同步運行，而高壓交流輸電必須同步運行；5、直流輸電發生故障的損失比高壓交流輸電小。直流輸電中，由於採用可控矽裝置，電路功率能迅速、方便地進行調節，直流輸電線路上基本上不向發生短路的高壓交流系統輸送短路電流，故障側交流系統的短路電流與沒有互連時一樣。因此，輕型直流輸電作為一種經濟、靈活、高質量的輸電方式，能夠應用於直流高壓輸電工程中，將取得良好的輸電及環保效益。目前現有技術中，輕型直流輸電還沒有得到廣泛應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種用於輕型直流輸電設備的新型功率單元，該新型功率單元集成了電子式開關器件，在整流側(逆變側)功率單元的輸出端(輸入端)並聯兩個串聯的IGBT電子式開關器件，可有效地在直流輸電發生故障時在直流輸出側或輸入側關斷直流電流，以提升整個系統運行的安全可靠性，且具有直流電壓等級匹配靈活、諧波小等優點ο為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現一種用於輕型直流輸電設備的新型功率單元，包括整流側功率單元和逆變側功率單元；整流側功率單元通過三相整流，將交流電壓整流輸出直流電壓，直流側電容器輸出端並聯兩個串聯的IGBT電子式開關器件，通過兩個串聯IGBT電子式開關器件的中點及直流電容負極輸出穩定的直流電壓，最終將所有功率單元的直流側輸出端級聯與直流輸電電纜連接，形成用戶所需的直流電壓，向逆變側功率單元輸電；逆變側功率單元的直流輸入端並聯兩個串聯的IGBT電子式開關器件，通過兩個串聯IGBT電子式開關器件的中點及直流電容負極輸入直流電壓，然後將直流輸入側級聯起來再與直流輸電電纜連接，使每個逆變側功率單元承擔等分的直流電壓，功率單元採用 PWM脈寬調製技術將直流電壓逆變輸出交流電，再將每個功率單元的交流輸出端經過LC濾波電路接入變壓器副邊，通過不同型號的變壓器輸出用戶所需求的交流電。所述的整流側或逆變側功率單元採用三相二電平或三相三電平拓撲結構。所述的整流側功率單元採用的開關器件為全控型開關器件IGBT或二極體。所述的逆變側側功率單元採用全控型開關器件IGBT。所述的直流輸電電纜由導體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層三層擠壓成絕緣層，中間導體為鋁材單芯導體。與現有技術相比，本發明的有益效果是1)與傳統型輕型直流輸電系統相比，採用功率單元級聯的型式，無需IGBT串聯， 可靠性更高；2)採用功率單元級聯方式，直流電壓等級匹配靈活，可根據用戶需求來選擇功率單元的級聯個數；3)兩端交流系統無需濾波電路，諧波小；4)每級功率單元具備電子式直流開關，能可靠有效的關斷直流電流。
圖1是輕型直流輸電系統結構圖；圖2是輕型直流輸電系統拓撲圖；圖3是三相二電平的可控整流閥組的功率單元拓撲圖；圖4是不可控整流閥組的功率單元拓撲圖；圖5是逆變閥組的功率單元拓撲圖；圖6是中性點鉗位型三相三電平逆變側功率單元拓撲圖；圖7是功率單元單相PWM調製示意圖；圖8是PWM調製原理及輸出波形。
具體實施例方式一種用於輕型直流輸電設備的新型功率單元，包括整流側功率單元和逆變側功率單元；整流側功率單元採用的開關器件可為全控型開關器件IGBT (圖幻或二極體(圖4)。 逆變側功率單元採用全控型開關器件IGBT (圖5、圖6)。見圖3、圖4，整流側功率單元的輸入側為交流輸入，經過由IGBT所組成的三相可控整流電路整流，或採用由二極體組成的三相不可控整流電路整流，在直流側電容C兩端形成直流電壓，直流側電容器C輸出端並聯兩個串聯的電子式開關器件IGBTl和IGBT2，通過兩個串聯的電子式開關器件IGBT1、IGBT2的中點及直流電容C負極輸出穩定的直流電壓。正常工作時，IGBTl處於開通狀態，IGBT2處於關斷狀態。當直流側出現故障時，電子式開關器件IGBTl關斷，起到故障保護的作用。直流側電容C是直流側儲能元件，可緩衝橋臂開斷的衝擊電流、減小直流側的電壓諧波，並為功率單元提供電壓支撐。見圖5、圖6，逆變側功率單元輸入側為直流輸入，該直流電壓通過電子式開關器件IGBT3、IGBT4的中點加在電容器兩端，然後經過由IGBT所組成的三相可控逆變電路逆變成交流電壓輸出。正常工作時IGBT3處於開通狀態，IGBT4處於關斷狀態。當直流側出現故障時，IGBT3關斷，起到故障保護的作用。直流側電容是其直流側儲能元件，可緩衝橋臂開斷的衝擊電流、減小直流側的電壓諧波，並為功率單元提供電壓支撐。見圖1、圖2，輕型直流輸電系統拓撲包括整流側換流站、逆變側換流站和直流輸電電纜組成，其中整流側換流站由移相變壓器、整流側功率單元構成，逆變側換流站由逆變側功率單元、LC濾波電路和變壓器構成。整流側換流站，移相變壓器原邊接入高壓交流系統，在副邊形成低壓交流電送入功率單元。整流側功率單元採用PWM脈寬調製技術將交流電整流成穩定的直流電壓，最終將所有功率單元的直流側輸出端級聯起來，形成高壓直流電壓輸出。逆變側換流站，將逆變側功率單元的直流輸入側級聯起來再與直流輸電電纜連接，使每個功率單元承擔等分的直流電壓，功率單元採用PWM脈寬調製技術將直流電壓逆變輸出低壓交流電，再將每個功率單元的交流輸出端經過LC濾波電路接入變壓器副邊，通過不同型號的變壓器輸出用戶所需求的交流電。其中，整流側換流站和逆變側換流站的功率單元個數，由用戶所需求的直流電壓等級決定。直流電壓等級越高，所需求的功率單元個數越多。直流輸電電纜，由導體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層三層同時擠壓成絕緣層，中間導體一般為鋁材單芯導體，具有高強度、環保和方便掩埋等特點，適用於深海等惡劣環境。 此外，這只能夠直流輸電線重量輕，傳輸功率密度大。
權利要求
1.一種用於輕型直流輸電設備的新型功率單元，包括整流側功率單元和逆變側功率單元，其特徵在於，整流側功率單元通過三相整流，將交流電壓整流輸出直流電壓，直流側電容器輸出端並聯兩個串聯的IGBT電子式開關器件，通過兩個串聯IGBT電子式開關器件的中點及直流電容負極輸出穩定的直流電壓，最終將所有功率單元的直流側輸出端級聯與直流輸電電纜連接，形成用戶所需的直流電壓，向逆變側功率單元輸電；逆變側功率單元的直流輸入端並聯兩個串聯的IGBT電子式開關器件，通過兩個串聯 IGBT電子式開關器件的中點及直流電容負極輸入直流電壓，然後將直流輸入側級聯起來再與直流輸電電纜連接，使每個逆變側功率單元承擔等分的直流電壓，功率單元採用PWM脈寬調製技術將直流電壓逆變輸出交流電，再將每個功率單元的交流輸出端經過LC濾波電路接入變壓器副邊，通過不同型號的變壓器輸出用戶所需求的交流電。
2.根據權利要求1所述的一種用於輕型直流輸電設備的新型功率單元，其特徵在於， 所述的整流側或逆變側功率單元採用三相二電平或三相三電平拓撲結構。
3.根據權利要求1所述的一種用於輕型直流輸電設備的新型功率單元，其特徵在於， 所述的整流側功率單元採用的開關器件為全控型開關器件IGBT或二極體。
4.根據權利要求1所述的一種用於輕型直流輸電設備的新型功率單元，其特徵在於， 所述的逆變側側功率單元採用全控型開關器件IGBT。
全文摘要
本發明涉及一種用於輕型直流輸電設備的新型功率單元，該新型功率單元集成了電子式開關器件，在整流側(逆變側)功率單元的輸出端(輸入端)並聯兩個串聯的IGBT電子式開關器件，可有效地在直流輸電發生故障時在直流輸出側或輸入側關斷直流電流，以提升整個系統運行的安全可靠性，且具有直流電壓等級匹配靈活、諧波小等優點。
文檔編號H02J1/00GK102244382SQ20111016866
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月22日 優先權日2011年6月22日
發明者吳然, 孔祥聲, 孫賢大, 崔效毓, 張坤, 楊永飛, 楊洋, 王緒寶, 郭自勇 申請人:遼寧榮信眾騰科技有限公司