一种并联混合型多电平换流器的直流电压补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直流电压补偿方法，具体讲涉及一种并联混合型多电平换流器的直流电压补偿方法。
【背景技术】
[0002]柔性直流输电系统是基于以全控型器件(IGBT)为核心的电压源型换流器的直流输电系统，其在风电接入、电网互联、城市供电以及孤岛供电等多个领域有着广阔的应用前景，自柔性直流技术发展以来，经历了两种主要技术路线，即两电平技术和模块化多电平技术，后者的开关频率低，损耗小，目前已经成为柔性直流输电技术的主要发展趋势。
[0003]柔性直流输电系统的换流器是整个系统的核心元件，用于实现交直流电气量的转换，现在的模块化多电平拓扑，其由6个桥臂组成，每个桥臂由多个子模块(Submodule, SM)串联而成，子模块是由两个(或四个)IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)及电容器组成的半桥(或全桥)结构，如图1。其工作原理是通过IGBT器件的开通和关断，将电容投入电路或者退出电路，合理的控制多个子模块的投入和退出，就可以在交直流侧形成稳定的电压，从而形成稳定的系统工作点进行功率传输。
[0004]然而，现有的模块化多电平技术采用多个子模块叠加，需要大量的电容和IGBT器件，若采用全桥拓扑，需要的器件数量更多，价格非常昂贵，同时占地面积由于大尺寸电容的存在大幅增加，这对于远海风电接入应用中非常重要的海上平台紧凑化设计是不利的，采用新型的拓扑以降低系统造价，已成为非常重要的研究方向。
[0005]Alstom公司在2010年提出了新型的混合型多电平换流器拓扑，其中的并联型单相拓扑结构如图2，该拓扑通过由半桥子模块级联而成的子模块级联结构1开关动作形成正弦电压的绝对值|Uc|，通过Η桥全控器件结构2的开关动作将|Uc|引至交流侧形成所需要的交流电压。
[0006]图3所给出的结构是三相功率传输结构，分别由上述单相结构串联形成，可以有效的实现功率传输，新型拓扑结构大幅度优化，所需器件和电容数量少，经济优势非常大。2010 年 D.R.TRAINER 等人披露的 “A New Hybrid Voltage-Sourced Converter for HVDCPower Transmiss1n” 一文中由提出了新型拓扑结构，并联型混合新型拓扑结构的提出为柔性直流向各种领域发展提供了崭新的方法。新型拓扑价格相对较低，损耗小，可实现大容量等级应用，有着广阔的应用前景。
[0007]然而，新拓扑的交直流侧电压存在严重的耦合情况，这造成柔性直流系统直流电压随着工况的不同而发生变动，尤其是交流系统故障情况下，换流器的直流电压发生大幅度跌落，无法正常运行，这和柔性直流系统的运行要求，即直流电压稳定不变和交流故障穿越能力都是相悖的。
[0008]US2012/0069610 A1号美国专利公开了该拓扑结构，但没有给出相应的直流电压补偿机制，在 “A Low Loss Modular Multilevel Voltage Source Converter for HVDCPower Transmiss1n and Reactive Power Compensat1n”一文提出了一种基于三次谐波电压注入的电压补偿方法，但该方法无法针对系统故障，尤其是不对称故障下的电压跌落。
【发明内容】
[0009]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种并联混合型多电平换流器的直流电压补偿方法，通过该方法，可以有效实现并联型混合新拓扑的直流电压波动补偿，尤其适用于交流系统故障下的电压补偿。
[0010]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0011]本发明提供一种并联混合型多电平换流器的直流电压补偿方法，所述换流器为三相功率传输结构，所述三相功率传输结构由并联型单相结构串联组成；并联型单相结构由并联的Η桥全控器件结构和子模块级联结构组成，所述Η桥全控器件结构由四个全控器件的级联结构组成；所述子模块级联结构由半桥子模块串联组成；
[0012]其改进之处在于，所述补偿方法包括下述工作模式:在换流器正常运行方式过程中添加隔离时间，在隔离时间内自由控制子模块级联结构并输出需要的补偿电压，实现直流电压缺额的补偿，三相功率传输结构中的补偿比例按照需求调整三相分配比例。
[0013]进一步地，所述方法通过在隔离时间内提前关断Η桥全控器件结构正常开通中的一个桥臂，并打开反方向的桥臂，形成上两个桥臂同时开通或者下两个桥臂同时开通的工况，形成交流短路，隔离交直流侧。
[0014]进一步地，所述隔离时间为固定长短或不固定长短；其起始位置和结束位置根据需要自由确定。
[0015]进一步地，所述正常开通中桥臂的关断和反方向桥臂的开通为同时或不同时。
[0016]进一步地，在三相功率传输结构情况下，总的输出直流电压由三个并联型单相结构叠加而成，总的直流电压缺额根据需求按照相同或者不同的比例分配至三个并联型单相结构上，实现总直流电压的补偿。
[0017]进一步地，在直流电压补偿过程中，原有直流电压相对于额定值偏高时，输出的补偿电压低于正常输出值或者输出零电压；原有直流电压相对于额定值偏低时，输出的补偿电压高于正常输出值。
[0018]与现有技术比，本发明达到的有益效果是:
[0019]1、本发明提供的直流电压补偿方法，通过附加很小的隔离时间，使该时间内直流电压得到补偿，解决了并联型混合拓扑的直流电压波动问题；
[0020]2、本发明提供的直流电压补偿方法，交流电压的输出波形仅仅出现很小的畸变，对交流输出电压质量影响不大；
[0021]3、该方法同样适用于交流系统故障下的直流电压缺额补偿，有效实现系统交流故障穿越。
【附图说明】
[0022]图1(a)是半桥子模块结构图；
[0023]图1(b)是全桥子模块结构图；
[0024]图2是并联型单相结构图；
[0025]图3是本发明提供的三相功率传输结构图；
[0026]图4是本发明提供的补偿方法下的一种工作模式示意图。
【具体实施