一種三相串聯(lián)半h橋型模塊化多電平直流換流器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種三相串聯(lián)半Η橋型模塊化多電平直流換流器及其控制方法，屬于 電力電子領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電壓源型換流器（VoltageSourceConverter,VSC)具有有功無功獨(dú)立調(diào)節(jié)、可向 無源網(wǎng)絡(luò)供電、潮流反轉(zhuǎn)無需改變電壓極性等優(yōu)點(diǎn)，特別適合作為直流電網(wǎng)中的落點(diǎn)換流 器。近年來出現(xiàn)的模塊化多電平換流器（ModularMultilevelConverter,MMC)是電壓源 型換流器VSC家族里的最新成員，也屬于電壓源型換流器VSC。與傳統(tǒng)的二點(diǎn)平或三電平電 壓源型換流器VSC的拓?fù)湎啾?，模塊化多電平換流器MMC具有以下優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓波形諧波 含量??；損耗小，其開關(guān)頻率僅為基頻的2-3倍；具有良好的封裝性和擴(kuò)展性等。在技術(shù)和 性能方面，模塊化多電平換流器MMC比傳統(tǒng)的電壓源型換流器VSC拓?fù)涓舆m合作為直流 電網(wǎng)的落點(diǎn)換流器。
[0003] 傳統(tǒng)的模塊化多電平換流器MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，其將多個半橋型模塊 (HalfBridgeSub-Module,HBSM)或全橋型模塊（FullBridgeSub-Module,FBSM)或箝位 雙子模塊（ClampDoubleSub-Module,⑶SM)串聯(lián)組成三相橋的一個橋臂，正常運(yùn)行時，模 塊電容電壓l=UdyN，其中，Ud。為直流電壓，N為一個橋臂中的模塊數(shù)目。整個三相并聯(lián) 的模塊化多電平換流器MMC共需6N個模塊。高昂的造價是模塊化多電平換流器MMC的主 要缺點(diǎn)。使用半橋模塊HBSM的模塊化多電平換流器MMC的開關(guān)元器件數(shù)目是傳統(tǒng)電壓源 型換流器VSC的兩倍，而使用全橋模塊FBSM的模塊化多電平換流器MMC的開關(guān)器件數(shù)目則 是傳統(tǒng)電壓源型換流器VSC的四倍。因?yàn)榭稍偕茉捶植挤稚?，容量普遍較小，接入直流電 網(wǎng)的換流器容量也較小。如果將常規(guī)的三相并聯(lián)換流器用作直流電網(wǎng)落點(diǎn)換流器，三組橋 臂均承受整個直流電壓，無論落點(diǎn)容量大小，直流電網(wǎng)換流器的電壓等級相同，造價也近乎 相同，在經(jīng)濟(jì)上不可取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種三相串聯(lián)半Η橋型模塊化多電平直流換 流器；
[0005] 本發(fā)明還提供了上述三相串聯(lián)半Η橋型模塊化多電平直流換流器的控制方法；
[0006] 術(shù)語解釋：
[0007] 1、最近電平逼近方法，參見管敏淵，徐政，等.最近電平逼近調(diào)制的基波諧波特 性解析計(jì)算[J].高電壓技術(shù)，2010, 36 (5): 1327-1332。
[0008] 2、正弦載波疊加方法，參見Μ.Saeedifard,R.Iravani,Dynamicperformanceofa modularmultilevelback-to-backHVDCsystem[J],IEEETransactionsonPowerDeli very,vol. 25,no. 4,pp. 2903-2912,Oct. 2010〇
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0010] -種三相串聯(lián)半Η橋型模塊化多電平直流換流器，包括3m個串聯(lián)的單相半Η橋 型MMC及分別與3m個串聯(lián)的單相半Η橋型MMC連接的3m個單相變壓器，m為正整數(shù)；所述 單相半Η橋型MMC包括：上SM橋臂、下SM橋臂、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容， 所述上SM橋臂、所述第一電感、所述第二電感、所述下SM橋臂依次串聯(lián)并與串聯(lián)的所述第 一電容和所述第二電容并聯(lián)，第一電感與第二電感相同，第一電容與第二電容相同；所述上 SM橋臂及所述下SM橋臂均包括若干個串聯(lián)的SM模塊，所述上SM橋臂及所述下SM橋臂包 括的SM模塊的數(shù)目相同；所述單相變壓器的二次側(cè)的一端分別連接所述第一電感及所述 第二電感，所述單相變壓器的二次側(cè)的另一端分別連接所述第一電容及所述第二電容，所 述3m個單相變壓器中，每3個單相變壓器為一組，同一組內(nèi)的3個單相變壓器一次側(cè)采用 三角形接線或星形中性點(diǎn)不接地接線。
[0011] 設(shè)定與圖1中使用的SM模塊相同，圖1中，每個SM模塊的電壓為i=udyN，其 中，Ud。是指直流電壓，而本發(fā)明中，單相半Η橋型MMC上SM橋臂或下SM橋臂中的模塊數(shù)目n= (U&/3) /U。=Ν/3，當(dāng)m= 1時，本發(fā)明共有3個上SM橋臂及3個下SM橋臂，共有2Ν個 SM模塊數(shù)目。與圖1中傳統(tǒng)的模塊化多電平換流器MMC相比，在承受相同的直流電壓情況 下，模塊數(shù)目由6N減少到2N，開關(guān)元器件數(shù)目減少三分之二，從而達(dá)到降低成本的目的。
[0012] 本發(fā)明中，上SM橋臂、下SM橋臂、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容組成了 一個Η橋型回路，提供交流電流流通路徑；上SM橋臂、第一電容組成的上回路與下SM橋臂、 第二電容組成的下回路均分交流電流。
[0013] 所述單相變壓器的一次側(cè)采用三角形或星形中性點(diǎn)不接地接線隔離零序電流。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述SM模塊為半橋型模塊HBSM、全橋型模塊FBSM或箝位雙子 模塊CDSM。
[0015] 上述三相串聯(lián)半Η橋型模塊化多電平直流換流器的控制方法，具體步驟包括： Ud
[0016] (1)設(shè)定上SM橋臂的參考電壓為：叫=1U,.ef設(shè)定下SM橋臂的參考電壓 ud 為：％ =j+ Uraf為換流器的參考電壓，Ud為換流器的直流側(cè)電壓； -.，
[0017] (2)通過最近電平逼近調(diào)制法或正弦載波疊加方法得到每個單相半Η橋型MMC的 上SM橋臂及下SM橋臂需要導(dǎo)通的SM模塊數(shù)目；
[0018] (3)對每個單相半Η橋型MMC的上SM橋臂及下SM橋臂中所有SM模塊的電容電壓 排序，如果電流方向?yàn)榱魅隨M模塊的電容，即為SM模塊的電容充電，則選擇SM模塊的電容 電壓最低的SM模塊導(dǎo)通；如果電流方向?yàn)镾M模塊的電容，即為SM模塊的電容放電，則選擇 SM模塊的電容電壓最高的SM模塊導(dǎo)通。
[0019] 本發(fā)明的有益效果為：
[0020] 1、本發(fā)明將單相半Η橋型MMC在直流側(cè)串聯(lián)，在承受相同直流電壓和采用相同開 關(guān)元器件的前提下，本發(fā)明開關(guān)器件數(shù)目只有傳統(tǒng)的模塊化多電平換流器MMC的三分之 一，造價更低。
[0021] 2、在承受相同直流電壓和采用相同開關(guān)元器件的情況下，本發(fā)明的容量為傳統(tǒng)的 模塊化多電平換流器MMC的三分之一，大大降低了MMC換流站的建設(shè)門檻，應(yīng)用場合更加廣 泛。
【附圖說明】
[0022] 圖1為傳統(tǒng)的模塊化多電平換流器MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明所述半橋型模塊HBSM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明所述全橋型模塊FBSM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖5為本發(fā)明所述箝位雙子模塊CDSM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖6為本發(fā)明的等效電路圖；
[0028] 圖7為本發(fā)明的等效電路電流流通圖；
[0029] 圖8為本發(fā)明簡化后的等效電路圖；