專利名稱：一種用于輕型直流輸電設(shè)備的新型功率單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輕型直流輸電設(shè)備的新型功率單元。
背景技術(shù)：
我國能源資源與用電負(fù)荷分布的特殊性，成為發(fā)展遠(yuǎn)距離、大容量輸電的必然性。 尤其是超過600km以上的遠(yuǎn)程輸電線路，采用直流輸電更加節(jié)能、降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的能源資源的合理開發(fā)、優(yōu)化配置，符合我國“西電東送”的國情。隨著電力電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，輕型直流輸電技術(shù)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，并且相對(duì)于特高壓交流輸電技術(shù)，輕型直流輸電技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)1、輸送相同功率時(shí)，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(chǎn)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(duì)周圍環(huán)境沒有視覺上的影響，也沒有電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)，可見輕型直流輸電技術(shù)本身是極其環(huán)保的。并且在一些特殊場(chǎng)合，必須用電纜輸電，例如高壓輸電線經(jīng)過大城市時(shí)，采用地下電纜；輸電線經(jīng)過海峽時(shí)，要用海底電纜；4、直流輸電時(shí)，其兩側(cè)交流系統(tǒng)不需同步運(yùn)行，而高壓交流輸電必須同步運(yùn)行；5、直流輸電發(fā)生故障的損失比高壓交流輸電小。直流輸電中，由于采用可控硅裝置，電路功率能迅速、方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，直流輸電線路上基本上不向發(fā)生短路的高壓交流系統(tǒng)輸送短路電流，故障側(cè)交流系統(tǒng)的短路電流與沒有互連時(shí)一樣。因此，輕型直流輸電作為一種經(jīng)濟(jì)、靈活、高質(zhì)量的輸電方式，能夠應(yīng)用于直流高壓輸電工程中，將取得良好的輸電及環(huán)保效益。目前現(xiàn)有技術(shù)中，輕型直流輸電還沒有得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于輕型直流輸電設(shè)備的新型功率單元，該新型功率單元集成了電子式開關(guān)器件，在整流側(cè)(逆變側(cè))功率單元的輸出端(輸入端)并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的IGBT電子式開關(guān)器件，可有效地在直流輸電發(fā)生故障時(shí)在直流輸出側(cè)或輸入側(cè)關(guān)斷直流電流，以提升整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，且具有直流電壓等級(jí)匹配靈活、諧波小等優(yōu)點(diǎn)ο為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種用于輕型直流輸電設(shè)備的新型功率單元，包括整流側(cè)功率單元和逆變側(cè)功率單元；整流側(cè)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(cè)電容器輸出端并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的IGBT電子式開關(guān)器件，通過兩個(gè)串聯(lián)IGBT電子式開關(guān)器件的中點(diǎn)及直流電容負(fù)極輸出穩(wěn)定的直流電壓，最終將所有功率單元的直流側(cè)輸出端級(jí)聯(lián)與直流輸電電纜連接，形成用戶所需的直流電壓，向逆變側(cè)功率單元輸電；逆變側(cè)功率單元的直流輸入端并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的IGBT電子式開關(guān)器件，通過兩個(gè)串聯(lián)IGBT電子式開關(guān)器件的中點(diǎn)及直流電容負(fù)極輸入直流電壓，然后將直流輸入側(cè)級(jí)聯(lián)起來再與直流輸電電纜連接，使每個(gè)逆變側(cè)功率單元承擔(dān)等分的直流電壓，功率單元采用 PWM脈寬調(diào)制技術(shù)將直流電壓逆變輸出交流電，再將每個(gè)功率單元的交流輸出端經(jīng)過LC濾波電路接入變壓器副邊，通過不同型號(hào)的變壓器輸出用戶所需求的交流電。所述的整流側(cè)或逆變側(cè)功率單元采用三相二電平或三相三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所述的整流側(cè)功率單元采用的開關(guān)器件為全控型開關(guān)器件IGBT或二極管。所述的逆變側(cè)側(cè)功率單元采用全控型開關(guān)器件IGBT。所述的直流輸電電纜由導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層三層擠壓成絕緣層，中間導(dǎo)體為鋁材單芯導(dǎo)體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1)與傳統(tǒng)型輕型直流輸電系統(tǒng)相比，采用功率單元級(jí)聯(lián)的型式，無需IGBT串聯(lián)， 可靠性更高；2)采用功率單元級(jí)聯(lián)方式，直流電壓等級(jí)匹配靈活，可根據(jù)用戶需求來選擇功率單元的級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)；3)兩端交流系統(tǒng)無需濾波電路，諧波??；4)每級(jí)功率單元具備電子式直流開關(guān)，能可靠有效的關(guān)斷直流電流。


圖1是輕型直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是輕型直流輸電系統(tǒng)拓?fù)鋱D；圖3是三相二電平的可控整流閥組的功率單元拓?fù)鋱D；圖4是不可控整流閥組的功率單元拓?fù)鋱D；圖5是逆變閥組的功率單元拓?fù)鋱D；圖6是中性點(diǎn)鉗位型三相三電平逆變側(cè)功率單元拓?fù)鋱D；圖7是功率單元單相PWM調(diào)制示意圖；圖8是PWM調(diào)制原理及輸出波形。
具體實(shí)施例方式一種用于輕型直流輸電設(shè)備的新型功率單元，包括整流側(cè)功率單元和逆變側(cè)功率單元；整流側(cè)功率單元采用的開關(guān)器件可為全控型開關(guān)器件IGBT (圖幻或二極管(圖4)。 逆變側(cè)功率單元采用全控型開關(guān)器件IGBT (圖5、圖6)。見圖3、圖4，整流側(cè)功率單元的輸入側(cè)為交流輸入，經(jīng)過由IGBT所組成的三相可控整流電路整流，或采用由二極管組成的三相不可控整流電路整流，在直流側(cè)電容C兩端形成直流電壓，直流側(cè)電容器C輸出端并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的電子式開關(guān)器件IGBTl和IGBT2，通過兩個(gè)串聯(lián)的電子式開關(guān)器件IGBT1、IGBT2的中點(diǎn)及直流電容C負(fù)極輸出穩(wěn)定的直流電壓。正常工作時(shí)，IGBTl處于開通狀態(tài)，IGBT2處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)直流側(cè)出現(xiàn)故障時(shí)，電子式開關(guān)器件IGBTl關(guān)斷，起到故障保護(hù)的作用。直流側(cè)電容C是直流側(cè)儲(chǔ)能元件，可緩沖橋臂開斷的沖擊電流、減小直流側(cè)的電壓諧波，并為功率單元提供電壓支撐。見圖5、圖6，逆變側(cè)功率單元輸入側(cè)為直流輸入，該直流電壓通過電子式開關(guān)器件IGBT3、IGBT4的中點(diǎn)加在電容器兩端，然后經(jīng)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(shí)IGBT3處于開通狀態(tài)，IGBT4處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)直流側(cè)出現(xiàn)故障時(shí)，IGBT3關(guān)斷，起到故障保護(hù)的作用。直流側(cè)電容是其直流側(cè)儲(chǔ)能元件，可緩沖橋臂開斷的沖擊電流、減小直流側(cè)的電壓諧波，并為功率單元提供電壓支撐。見圖1、圖2，輕型直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浒ㄕ鱾?cè)換流站、逆變側(cè)換流站和直流輸電電纜組成，其中整流側(cè)換流站由移相變壓器、整流側(cè)功率單元構(gòu)成，逆變側(cè)換流站由逆變側(cè)功率單元、LC濾波電路和變壓器構(gòu)成。整流側(cè)換流站，移相變壓器原邊接入高壓交流系統(tǒng)，在副邊形成低壓交流電送入功率單元。整流側(cè)功率單元采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)將交流電整流成穩(wěn)定的直流電壓，最終將所有功率單元的直流側(cè)輸出端級(jí)聯(lián)起來，形成高壓直流電壓輸出。逆變側(cè)換流站，將逆變側(cè)功率單元的直流輸入側(cè)級(jí)聯(lián)起來再與直流輸電電纜連接，使每個(gè)功率單元承擔(dān)等分的直流電壓，功率單元采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)將直流電壓逆變輸出低壓交流電，再將每個(gè)功率單元的交流輸出端經(jīng)過LC濾波電路接入變壓器副邊，通過不同型號(hào)的變壓器輸出用戶所需求的交流電。其中，整流側(cè)換流站和逆變側(cè)換流站的功率單元個(gè)數(shù)，由用戶所需求的直流電壓等級(jí)決定。直流電壓等級(jí)越高，所需求的功率單元個(gè)數(shù)越多。直流輸電電纜，由導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層三層同時(shí)擠壓成絕緣層，中間導(dǎo)體一般為鋁材單芯導(dǎo)體，具有高強(qiáng)度、環(huán)保和方便掩埋等特點(diǎn)，適用于深海等惡劣環(huán)境。 此外，這只能夠直流輸電線重量輕，傳輸功率密度大。
權(quán)利要求
1.一種用于輕型直流輸電設(shè)備的新型功率單元，包括整流側(cè)功率單元和逆變側(cè)功率單元，其特征在于，整流側(cè)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(cè)電容器輸出端并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的IGBT電子式開關(guān)器件，通過兩個(gè)串聯(lián)IGBT電子式開關(guān)器件的中點(diǎn)及直流電容負(fù)極輸出穩(wěn)定的直流電壓，最終將所有功率單元的直流側(cè)輸出端級(jí)聯(lián)與直流輸電電纜連接，形成用戶所需的直流電壓，向逆變側(cè)功率單元輸電；逆變側(cè)功率單元的直流輸入端并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的IGBT電子式開關(guān)器件，通過兩個(gè)串聯(lián) IGBT電子式開關(guān)器件的中點(diǎn)及直流電容負(fù)極輸入直流電壓，然后將直流輸入側(cè)級(jí)聯(lián)起來再與直流輸電電纜連接，使每個(gè)逆變側(cè)功率單元承擔(dān)等分的直流電壓，功率單元采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)將直流電壓逆變輸出交流電，再將每個(gè)功率單元的交流輸出端經(jīng)過LC濾波電路接入變壓器副邊，通過不同型號(hào)的變壓器輸出用戶所需求的交流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于輕型直流輸電設(shè)備的新型功率單元，其特征在于， 所述的整流側(cè)或逆變側(cè)功率單元采用三相二電平或三相三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于輕型直流輸電設(shè)備的新型功率單元，其特征在于， 所述的整流側(cè)功率單元采用的開關(guān)器件為全控型開關(guān)器件IGBT或二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于輕型直流輸電設(shè)備的新型功率單元，其特征在于， 所述的逆變側(cè)側(cè)功率單元采用全控型開關(guān)器件IGBT。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于輕型直流輸電設(shè)備的新型功率單元，該新型功率單元集成了電子式開關(guān)器件，在整流側(cè)(逆變側(cè))功率單元的輸出端(輸入端)并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的IGBT電子式開關(guān)器件，可有效地在直流輸電發(fā)生故障時(shí)在直流輸出側(cè)或輸入側(cè)關(guān)斷直流電流，以提升整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，且具有直流電壓等級(jí)匹配靈活、諧波小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J1/00GK102244382SQ20111016866
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)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(qǐng)人:遼寧榮信眾騰科技有限公司