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专利号: 2015103679201
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统,其特征在于,包括2组分别连接在高压三相线两端的HVDC模块(8),且2组HVDC模块(8)之间还并联有2个电容C1,每组HVDC模块(8)均包括3个link模块串(9),每组link模块串(9)包括依次串联连接的2个link模块(1),2个link模块(1)之间还依次串联接入2个电感(Ls),设2个电感(Ls)之间有结点(A),所有link模块(1)非连接电感(Ls)的一端均连接至一起,每个HVDC模块(8)中的3个结点(A)依次顺序连接至高压三相线上。

2.根据权利要求1所述的一种MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统,其特征在于,所述每个link模块(1)的具体结构为:包括MMC模块(2),MMC模块(2)由若干MC模块(7)依次连接组成,每个MC模块(7)包括两个连接在一起的相同的IGBT管A和IGBT管B,所述IGBT管A的集电极和IGBT管B发射极之间还连接有直流侧电容C,IGBT管A的发射极和IGBT管B的集电极连接后还连接至下一级所述MC模块(7)内的IGBT管A的发射极和IGBT管B的集电极之间,所述每个MC模块(7)均对应连接1个模块单元直流侧供电电源(3),所述每个模块单元直流侧供电电源(3)均连接有风扇(10)至对应的MC模块(7)旁。

3.根据权利要求2所述的一种MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统,其特征在于,所述MC模块(7)的数量N、直流侧电容C的容值C、直流侧电容C的电压UC具体参数计算步骤如下:步骤1、首先根据MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统的系统线电压Uab和输送最大功率SLmax,确定HVDC模块(8)的额定电流IS,额定电流IS的选取依照公式为:步骤2、根据所述步骤1得到的额定电流IS,然后确定MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统中连接的电感LS的电感值LS和电容C1的容值C1,具体公式如下:式(2)中,f为电网频率,f=50Hz,

同时根据本系统中的确定的额定电流IS的值选取IGBT管的型号,IGBT管型号满足以下条件:IGBT管的电流IIGBT大于额定电流IS,IGBT管的电压VIGBT取值为1200V、1700V、

3300V,表达式为:

IIGBT>Is (4)

VIGBT∈{1200,1700,3300} (5)

步骤3、根据所述步骤2确定的IGBT管的型号,确定MC模块(7)的数量N、直流侧电容C的容值C、直流侧电容C的电压UC,具体公式如下:

4.根据权利要求2所述的一种MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统,其特征在于,所述模块单元直流侧供电电源(3)具体结构为:包括3级依次连接的固定占空比DC/DC模块(4),每级固定占空比DC/DC模块(4)的正输出端均连接二极管(D1)后连接至结点(B),每级固定占空比DC/DC模块(4)的负输出端均连接至结点(C),所述结点(B)和结点(C)连接至直流母线(5)上,结点(B)和结点(C)之间的直流母线(5)上还连接有电容(C2),所述电容(C2)的两端连接至传统DC/DC模块(6)。

5.根据权利要求4所述的一种MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统,其特征在于,所述模块单元直流侧供电电源(3)的设计功率PK的计算步骤具体如下:步骤a、根据所述步骤2中确定的IGBT管型号,确定IGBT管的参数:Eon,Eoff,Ed,Vce,fsw,Inom,Vf和工作状态d,然后依据确定的IGBT管的参数和工作状态d计算IGBT管总损耗PIGBT和MC模块(7)的损耗PH,具体如下:IGBT管的开关损耗为:

Psw=fsw×(Eon+Eoff)×Is/Inom (9)

IGBT管的导通损耗为:

PconG=Vce×Is×d (10)

IGBT管内部反并联二极管的开关损耗为:

Pd=fsw×Ed×Is/Inom (11)

IGBT管内部反并联二极管的导通损耗为:

Pcond=Vf×Is×(1-d) (12)

IGBT管的总损耗PIGBT为:

PIGBT=Psw+PconG+Pd+Pcond (13)

MC模块(7)的混合损耗为:

Ph=2×(Psw+Pd) (14)

MC模块(7)的总损耗为:

PH=2×PIGBT (15)

步骤b、根据所述步骤a中MC模块(7)的总损耗PH和所述风扇(10)的能效比 计算MC模块(7)旁的风扇(10)的实际功耗PF,具体如下:步骤c、根据MC模块(7)的总损耗PH和风扇(10)的实际功耗PF,以及系统中其它损耗Pother,计算模块单元直流侧供电电源(3)的设计功率PK,具体如下:PK=PF+Pother (17)

步骤d:根据模块单元直流侧供电电源(3)的设计功率PK和MC模块(7)的混合损耗(Ph),判断模块单元直流侧供电电源(3)的电压调整能力是否满足要求,具体如下:如果PK>=Ph,则说明模块单元直流侧供电电源(3)满足电压调整的要求,PK保持不变;

如果PK

6.根据权利要求5所述的一种MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统,其特征在于,所述步骤a中IGBT管的工作状态d=0.8。

7.根据权利要求5所述的一种MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统,其特征在于,所述步骤b中风扇(10)的能效比

8.根据权利要求5所述的一种MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统,其特征在于,所述步骤c中系统的其它损耗Pother=20W~50W。

9.根据权利要求4所述的一种MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统,其特征在于,所述每级固定占空比DC/DC模块(4)的具体结构为:包括依次连接的变压器(T)和mos管(11),所述变压器(T)的次级线圈两端分别连接二极管(D2)、二极管(D3)后连接至结点D,所述变压器(T)的负输出端与结点D之间连接有电容C3,所述电容C3的正电压端连接至所述二极管D1,所述电容C3的负电压端连接至所述结点(C),所述模块单元直流侧供电电源(3)内的第二级固定占空比DC/DC模块(4)的输入端与和模块单元直流侧供电电源(3)对应连接的MC模块(7)的直流侧电容(C)的两端连接,所述模块单元直流侧供电电源(3)内的第一级固定占空比DC/DC模块(4)的输入端与所述模块单元直流侧供电电源(3)对应连接的MC模块(7)的上一级MC模块(7)的直流侧电容(C)的两端连接,所述模块单元直流侧供电电源(3)内的第三级固定占空比DC/DC模块(4)的输入端与所述模块单元直流侧供电电源(3)对应连接的MC模块(7)的下一级MC模块(7)的直流侧电容(C)的两端连接。

10.根据权利要求9所述的一种MMC型高压直流输电HVDC直流侧供电系统,其特征在于,所述模块单元直流侧供电电源(3)的内部参数具体计算如下:第一级固定占空比DC/DC模块(4)的输出电压U1dc=200V、功率P1dc=PK、变压器变比二极管(D1)的电压UD=250V、电流 中间直流母线电容(C2)的电压UC2=U1dc、容量CC2=100uF,

传统DC/DC模块(6)输出电压U2dc=15V、功率P2dc=PK、变压器变比