专利名称：桥臂切换多电平换流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电子和直流输电领域，尤其涉及一种桥臂切换多电平换流器。
背景技术：
随着风电、太阳能等可再生能源的发展，这些分散能源接入电网的研究也越来越深入。轻型直流输电系统(HVDC-L)具有有功无功快速解耦控制的能力、交流系统短路电流限制能力等优点，所以HVDC-L是一种可再生能源并网的很好的方式。目前HVDC-L的换流器广泛基于IGBT的两电平拓扑、三电平拓扑和模块化多电平 (MMC)拓扑。两电平和三电平拓扑结构谐波含量大，系统侧需要加装的滤波器容量大，成本高，占地面积大；MMC拓扑采用模块化设计，具有设计组装方便，谐波含量低等优点，但是由于其拓扑结构具有直流短路通路，对直流侧短路的限制能力极弱。
发明内容
本发明的目的旨在针对现有技术的不足，提供一种桥臂切换多电平换流器。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种桥臂切换多电平换流器，它主要由6个桥臂组成，每个桥臂由若干个H桥子模块、若干个带反并联二极管的晶闸管和1个电感依次串联组成；所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂连接直流电源正极，第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂连接直流电源负极；第一桥臂和第四桥臂的相连，连接处为A相输出端； 第二桥臂和第五桥臂相连，连接处为B相输出端；第三桥臂和第六桥臂相连，连接处为C相输出端。本发明的有益效果是，本发明桥臂切换多电平换流器拓扑结构既具有模块化设计的特点，产生的波形谐波含量很低，同时由于子模块采用H桥结构，所以具有限制直流侧短路的能力，在发生严重的直流侧双极短路故障时，系统也能工作，基本不会对交流系统产生影响。
图1是本发明新型桥臂切换多电平换流器的简化图； 图2是本发明新型桥臂切换多电平换流器的电路图3是H桥功率模块结构示意图； 图4是正常工作时上桥臂H桥子模块电压参考波形图； 图5是正常工作时下桥臂H桥子模块电压参考波形图； 图6是直流双极短路故障时上桥臂H桥子模块电压参考波形图； 图7是直流双极短路故障时下桥臂H桥子模块电压参考波形图； 图8是新型桥臂切换多电平换流器正常运行部分仿真波形图； 图9是新型桥臂切换多电平换流器直流侧短路故障时仿真波形图。
具体实施例方式下面根据附图详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。如图1所示，本发明桥臂切换多电平换流器由6个桥臂组成，如图2所示，每个桥臂由若干个H桥子模块、若干个带反并联二极管的晶间管和1个电感依次串联组成，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂连接直流电源正极，第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂连接直流电源负极；第一桥臂和第四桥臂的相连，连接处为A相输出端；第二桥臂和第五桥臂相连，连接处为B相输出端；第三桥臂和第六桥臂相连，连接处为C相输出端。如图3所示，所述H桥型功率模块包括4个IGBT T1_T4、4个二极管D1-D4和一个电容C ；四个二极管D1 D4分别反并联在四个IGBT ΤΓΤ4的集电极和发射极之间，第一 IGBT Tl的发射极和第二 IGBT T2的集电极相连，第三IGBT T3的发射极和第四IGBT T4 的集电极相连，第一 IGBT Tl的集电极和第三IGBT T3的集电极相连，再和电容C的正极相连，第二 IGBT T2的发射极和第四IGBT T4的发射极相连，再和电容C的负极相连，第一 IGBT Tl的发射极作为端口 1，第三IGBT T3的发射极作为端口 2。本发明新型桥臂切换多电平换流器与现有换流器相比具有直流电压利用率高、损耗小、成本低并且能够在直流侧短路故障时维持系统运行等优点。拓扑结构采用两级控制模式，系统级控制和阀控制。正常运行状态下，系统级控制的控制目标是有功和无功；直流双极短路故障状态下，有功输送停止，控制目标是子模块电容电压和无功。系统正常运行时，系统级控制根据有功和无功指令，利用功率外环反馈产生有功无功电流指令值，进而采用dq前馈解耦控制策略产生换流器交流参考电压，再根据交流参考电压得到上下桥臂H桥功率模块参考电压，如图4、图5所示。阀控制器根据上下桥臂H 桥功率模块参考电压，采取阶梯波调制策略，控制H桥子模块产生离散的阶梯波逼近参考电压；当换流器交流参考电压为正时，触发上桥臂晶闸管，闭锁下桥臂晶闸管，交流电压由上桥臂H桥子模块产生，反之当换流器交流参考电压为负时，触发下桥臂晶闸管，闭锁上桥臂晶闸管，交流电压由下桥臂H桥子模块产生，每相上下桥臂各导通半个周期，构成整个周期的交流参考电压，同一时刻只有一个桥臂的子模块工作，损耗小。为了既保证交流电压输出的波形，又保证晶闸管的可靠关断，闭锁桥臂晶闸管时的时机应为交流电压过零时刻且相应的桥臂电流为负(取电流流入晶闸管阳极的方向为正)。直流侧短路故障时，系统极控制模式和正常运行模式略有不同，采取定电容电压和定无功控制，上下桥臂的参考电压波形如图6、图7所示。阀控制原理与正常运行相似。图8是本发明桥臂切换多电平换流器在正常工作状态下，交流电压、交流电流、桥臂电压和桥臂电流的波形，谐波含量小；图9是本发明桥臂切换多电平换流器在直流侧短路故障时，交流电压、交流电流、桥臂电压和桥臂电流的波形，系统仍能稳定运行，显示出良好的直流短路电流限制能力。
权利要求
1. 一种桥臂切换多电平换流器，其特征在于，它主要由6个桥臂等组成，如图2所示，每个桥臂由若干个H桥子模块、若干个带反并联二极管的晶闸管和1个电感等依次串联组成； 所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂连接直流电源正极，第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂连接直流电源负极；第一桥臂和第四桥臂的相连，连接处为A相输出端；第二桥臂和第五桥臂相连，连接处为B相输出端；第三桥臂和第六桥臂相连，连接处为C相输出端。
全文摘要
本发明公开了一种桥臂切换多电平换流器，它包括6个相同的桥臂，每个桥臂由若干个H桥子模块、带反并联二极管的晶闸管和1个电感串联组成；第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂一端相连至直流电源正极，第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂一端相连至直流电源负极，第一桥臂和第四桥臂的另一端相连作为A相输出端，第二桥臂和第五桥臂的另一端相连作为B相输出端，第三桥臂和第六桥臂的另一端相连作为C相输出端。本发明具有更低的损耗、易于扩展到高电压等级和在直流双极短路故障时能保持系统稳定运行。
文档编号H02M7/219GK102545664SQ201210002398
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者周月宾, 梁一桥, 江道灼, 胡鹏飞, 郭捷 申请人:浙江大学