專利名稱：橋臂切換多電平換流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子和直流輸電領(lǐng)域，尤其涉及一種橋臂切換多電平換流器。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)電、太陽(yáng)能等可再生能源的發(fā)展，這些分散能源接入電網(wǎng)的研究也越來越深入。輕型直流輸電系統(tǒng)(HVDC-L)具有有功無功快速解耦控制的能力、交流系統(tǒng)短路電流限制能力等優(yōu)點(diǎn)，所以HVDC-L是一種可再生能源并網(wǎng)的很好的方式。目前HVDC-L的換流器廣泛基于IGBT的兩電平拓?fù)?、三電平拓?fù)浜湍K化多電平 (MMC)拓?fù)洹呻娖胶腿娖酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)諧波含量大，系統(tǒng)側(cè)需要加裝的濾波器容量大，成本高，占地面積大；MMC拓?fù)洳捎媚K化設(shè)計(jì)，具有設(shè)計(jì)組裝方便，諧波含量低等優(yōu)點(diǎn)，但是由于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有直流短路通路，對(duì)直流側(cè)短路的限制能力極弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種橋臂切換多電平換流器。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種橋臂切換多電平換流器，它主要由6個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂由若干個(gè)H橋子模塊、若干個(gè)帶反并聯(lián)二極管的晶閘管和1個(gè)電感依次串聯(lián)組成；所述第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂連接直流電源正極，第四橋臂、第五橋臂和第六橋臂連接直流電源負(fù)極；第一橋臂和第四橋臂的相連，連接處為A相輸出端； 第二橋臂和第五橋臂相連，連接處為B相輸出端；第三橋臂和第六橋臂相連，連接處為C相輸出端。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明橋臂切換多電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)既具有模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，產(chǎn)生的波形諧波含量很低，同時(shí)由于子模塊采用H橋結(jié)構(gòu)，所以具有限制直流側(cè)短路的能力，在發(fā)生嚴(yán)重的直流側(cè)雙極短路故障時(shí)，系統(tǒng)也能工作，基本不會(huì)對(duì)交流系統(tǒng)產(chǎn)生影響。


圖1是本發(fā)明新型橋臂切換多電平換流器的簡(jiǎn)化圖； 圖2是本發(fā)明新型橋臂切換多電平換流器的電路圖3是H橋功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是正常工作時(shí)上橋臂H橋子模塊電壓參考波形圖； 圖5是正常工作時(shí)下橋臂H橋子模塊電壓參考波形圖； 圖6是直流雙極短路故障時(shí)上橋臂H橋子模塊電壓參考波形圖； 圖7是直流雙極短路故障時(shí)下橋臂H橋子模塊電壓參考波形圖； 圖8是新型橋臂切換多電平換流器正常運(yùn)行部分仿真波形圖； 圖9是新型橋臂切換多電平換流器直流側(cè)短路故障時(shí)仿真波形圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。如圖1所示，本發(fā)明橋臂切換多電平換流器由6個(gè)橋臂組成，如圖2所示，每個(gè)橋臂由若干個(gè)H橋子模塊、若干個(gè)帶反并聯(lián)二極管的晶間管和1個(gè)電感依次串聯(lián)組成，第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂連接直流電源正極，第四橋臂、第五橋臂和第六橋臂連接直流電源負(fù)極；第一橋臂和第四橋臂的相連，連接處為A相輸出端；第二橋臂和第五橋臂相連，連接處為B相輸出端；第三橋臂和第六橋臂相連，連接處為C相輸出端。如圖3所示，所述H橋型功率模塊包括4個(gè)IGBT T1_T4、4個(gè)二極管D1-D4和一個(gè)電容C ；四個(gè)二極管D1 D4分別反并聯(lián)在四個(gè)IGBT ΤΓΤ4的集電極和發(fā)射極之間，第一 IGBT Tl的發(fā)射極和第二 IGBT T2的集電極相連，第三IGBT T3的發(fā)射極和第四IGBT T4 的集電極相連，第一 IGBT Tl的集電極和第三IGBT T3的集電極相連，再和電容C的正極相連，第二 IGBT T2的發(fā)射極和第四IGBT T4的發(fā)射極相連，再和電容C的負(fù)極相連，第一 IGBT Tl的發(fā)射極作為端口 1，第三IGBT T3的發(fā)射極作為端口 2。本發(fā)明新型橋臂切換多電平換流器與現(xiàn)有換流器相比具有直流電壓利用率高、損耗小、成本低并且能夠在直流側(cè)短路故障時(shí)維持系統(tǒng)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用兩級(jí)控制模式，系統(tǒng)級(jí)控制和閥控制。正常運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)級(jí)控制的控制目標(biāo)是有功和無功；直流雙極短路故障狀態(tài)下，有功輸送停止，控制目標(biāo)是子模塊電容電壓和無功。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)級(jí)控制根據(jù)有功和無功指令，利用功率外環(huán)反饋產(chǎn)生有功無功電流指令值，進(jìn)而采用dq前饋解耦控制策略產(chǎn)生換流器交流參考電壓，再根據(jù)交流參考電壓得到上下橋臂H橋功率模塊參考電壓，如圖4、圖5所示。閥控制器根據(jù)上下橋臂H 橋功率模塊參考電壓，采取階梯波調(diào)制策略，控制H橋子模塊產(chǎn)生離散的階梯波逼近參考電壓；當(dāng)換流器交流參考電壓為正時(shí)，觸發(fā)上橋臂晶閘管，閉鎖下橋臂晶閘管，交流電壓由上橋臂H橋子模塊產(chǎn)生，反之當(dāng)換流器交流參考電壓為負(fù)時(shí)，觸發(fā)下橋臂晶閘管，閉鎖上橋臂晶閘管，交流電壓由下橋臂H橋子模塊產(chǎn)生，每相上下橋臂各導(dǎo)通半個(gè)周期，構(gòu)成整個(gè)周期的交流參考電壓，同一時(shí)刻只有一個(gè)橋臂的子模塊工作，損耗小。為了既保證交流電壓輸出的波形，又保證晶閘管的可靠關(guān)斷，閉鎖橋臂晶閘管時(shí)的時(shí)機(jī)應(yīng)為交流電壓過零時(shí)刻且相應(yīng)的橋臂電流為負(fù)(取電流流入晶閘管陽(yáng)極的方向?yàn)檎?。直流側(cè)短路故障時(shí)，系統(tǒng)極控制模式和正常運(yùn)行模式略有不同，采取定電容電壓和定無功控制，上下橋臂的參考電壓波形如圖6、圖7所示。閥控制原理與正常運(yùn)行相似。圖8是本發(fā)明橋臂切換多電平換流器在正常工作狀態(tài)下，交流電壓、交流電流、橋臂電壓和橋臂電流的波形，諧波含量小；圖9是本發(fā)明橋臂切換多電平換流器在直流側(cè)短路故障時(shí)，交流電壓、交流電流、橋臂電壓和橋臂電流的波形，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行，顯示出良好的直流短路電流限制能力。
權(quán)利要求
1. 一種橋臂切換多電平換流器，其特征在于，它主要由6個(gè)橋臂等組成，如圖2所示，每個(gè)橋臂由若干個(gè)H橋子模塊、若干個(gè)帶反并聯(lián)二極管的晶閘管和1個(gè)電感等依次串聯(lián)組成； 所述第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂連接直流電源正極，第四橋臂、第五橋臂和第六橋臂連接直流電源負(fù)極；第一橋臂和第四橋臂的相連，連接處為A相輸出端；第二橋臂和第五橋臂相連，連接處為B相輸出端；第三橋臂和第六橋臂相連，連接處為C相輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種橋臂切換多電平換流器，它包括6個(gè)相同的橋臂，每個(gè)橋臂由若干個(gè)H橋子模塊、帶反并聯(lián)二極管的晶閘管和1個(gè)電感串聯(lián)組成；第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂一端相連至直流電源正極，第四橋臂、第五橋臂和第六橋臂一端相連至直流電源負(fù)極，第一橋臂和第四橋臂的另一端相連作為A相輸出端，第二橋臂和第五橋臂的另一端相連作為B相輸出端，第三橋臂和第六橋臂的另一端相連作為C相輸出端。本發(fā)明具有更低的損耗、易于擴(kuò)展到高電壓等級(jí)和在直流雙極短路故障時(shí)能保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02M7/219GK102545664SQ201210002398
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者周月賓, 梁一橋, 江道灼, 胡鵬飛, 郭捷 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)