專利名稱：橋臂切換多電平換流器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力電子和直流輸電領域，尤其涉及一種橋臂切換多電平換流器。
背景技術：
隨著風電、太陽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，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的兩電平拓撲、三電平拓撲和模塊化多電平 (MMC)拓撲。兩電平和三電平拓撲結構諧波含量大，系統(tǒng)側需要加裝的濾波器容量大，成本高，占地面積大；MMC拓撲采用模塊化設計，具有設計組裝方便，諧波含量低等優(yōu)點，但是由于其拓撲結構具有直流短路通路，對直流側短路的限制能力極弱。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在針對現(xiàn)有技術的不足，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方案來實現(xiàn)的一種橋臂切換多電平換流器，它主要由6個橋臂組成，每個橋臂由若干個H橋子模塊、若干個帶反并聯(lián)二極管的晶閘管和1個電感依次串聯(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撲結構既具有模塊化設計的特點，產(chǎn)生的波形諧波含量很低，同時由于子模塊采用H橋結構，所以具有限制直流側短路的能力，在發(fā)生嚴重的直流側雙極短路故障時，系統(tǒng)也能工作，基本不會對交流系統(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橋功率模塊結構示意圖； 圖4是正常工作時上橋臂H橋子模塊電壓參考波形圖； 圖5是正常工作時下橋臂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短路故障時仿真波形圖。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖詳細描述本發(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個橋臂組成，如圖2所示，每個橋臂由若干個H橋子模塊、若干個帶反并聯(lián)二極管的晶間管和1個電感依次串聯(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IGBT T1_T4、4個二極管D1-D4和一個電容C ；四個二極管D1 D4分別反并聯(lián)在四個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短路故障時維持系統(tǒng)運行等優(yōu)點。拓撲結構采用兩級控制模式，系統(tǒng)級控制和閥控制。正常運行狀態(tài)下，系統(tǒng)級控制的控制目標是有功和無功；直流雙極短路故障狀態(tài)下，有功輸送停止，控制目標是子模塊電容電壓和無功。系統(tǒng)正常運行時，系統(tǒng)級控制根據(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；當換流器交流參考電壓為正時，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，反之當換流器交流參考電壓為負時，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，每相上下橋臂各導通半個周期，構成整個周期的交流參考電壓，同一時刻只有一個橋臂的子模塊工作，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斷，閉鎖橋臂晶閘管時的時機應為交流電壓過零時刻且相應的橋臂電流為負(取電流流入晶閘管陽極的方向為正)。直流側短路故障時，系統(tǒng)極控制模式和正常運行模式略有不同，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?。粓D9是本發(fā)明橋臂切換多電平換流器在直流側短路故障時，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)定運行，顯示出良好的直流短路電流限制能力。
權利要求
1. 一種橋臂切換多電平換流器，其特征在于，它主要由6個橋臂等組成，如圖2所示，每個橋臂由若干個H橋子模塊、若干個帶反并聯(lián)二極管的晶閘管和1個電感等依次串聯(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個相同的橋臂，每個橋臂由若干個H橋子模塊、帶反并聯(lián)二極管的晶閘管和1個電感串聯(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、易于擴展到高電壓等級和在直流雙極短路故障時能保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
文檔編號H02M7/219GK102545664SQ201210002398
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權日2012年1月6日
發(fā)明者周月賓, 梁一橋, 江道灼, 胡鵬飛, 郭捷 申請人:浙江大學