模块化多电平变流器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子技术领域及电力输配电领域，尤其涉及一种模块化多电平变流器。
【背景技术】
[0002]现有的基于模块化多电平变流器的柔性高压直流输电工程多采用直流电缆，直流故障发生的概率较小，但线路造价较高；而如果采用架空线，可大幅节省线路成本，但却容易出现直流短路故障问题。其中，直流侧双极性短路故障是最为严重的直流故障。当换流站发生直流双极性短路故障时，换流站应具备直流短路电流的闭锁能力，使故障电流能够快速清零；同时应能够为所连接的交流电网提供一定的无功支撑，以实现直流故障的穿越。然而，对于采用半桥结构的模块化多电平变流器，当直流侧双极性短路故障发生后，由于反并联二极管的存在，交流电源会经反并联二极管与直流故障点形成三相短路回路，同时子模块电容会迅速放电，将导致装置直流短路电流严重过流，造成器件损坏；即便将所有可控开关器件闭锁，仍然无法限制短路电流和保存电容能量，因而需要断开交流断路器来配合清除直流电流，故障电流清零较慢，且不利于保存电容能量并进行重启动。
[0003]为解决上述问题，已有文献在半桥式模块化多电平变流器的基础上，提出了多种具有直流故障穿越能力的多电平变流器，这些变流器可分为两大类:第一大类是用具有直流故障穿越能力的新型子模块代替半桥子模块，从而构成具有直流故障穿越能力的新型模块化多电平变流器。这类子模块可以为全桥子模块、箝位双子模块或箝位单子模块;第二大类是混合式多电平变流器，该类变流器将模块化多电平变流器结构与两电平变流器结构混合起来，变流器中既采用全桥子模块，又采用级联IGBT，这类变流器包括桥臂交替导通变流器。与第一大类变流器相比，第二大类变流器需要解决复杂的IGBT串联均压问题，且直流侧滤波器较大。而第一大类变流器其主要问题在于目前所提出的新型子模块所需IGBT数量较多，成本和损耗较半桥式模块化多电平变流器增加较多;此外，在第一大类变流器中，只有基于全桥子模块或全桥子模块与半桥子模块混合的变流器能够在直流故障期间为交流电网提供无功支撑，但是全桥子模块的器件数目和损耗均较大，经济性较差。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要提供一种成本相对较低，同时具备故障期间为电网提供无功支撑的模块化多电平变流器。
[0005]—种模块化多电平变流器，包括三个相单元，分别为:第一相单元、第二相单元、第三相单元;每个所述相单元包括上桥臂、下桥臂、上电抗器和下电抗器;所述上桥臂的正极端为所述相单元的直流出线正极端，所述上桥臂的负极端与所述上电抗器的一端相连，所述上电抗器的另一端与所述下电抗器的一端相连，并作为所述相单元的交流出线端，所述下电抗器的另一端与所述下桥臂的正极端相连，所述下桥臂负极端为所述相单元的直流出线负极端;所述第一相单元及所述第二相单元的所述上桥臂及所述下桥臂均由半桥子模块和箝位单子模块混合串联而成;所述第三相单元的所述上桥臂及所述下桥臂均由半桥子模块和全桥子模块混合串联而成;三个所述相单元的所述直流出线正极端相互连接，形成模块化多电平变流器的直流侧正极;三个所述相单元的所述直流出线负极端相互连接，形成所述模块化多电平变流器的直流侧负极;三个所述相单元的所述交流出线端分别作为所述模块化多电平变流器的交流侧的第一相端、第二相端及第三相端。
[0006]由于所述第一相单元及所述第二相单元的所述上桥臂及所述下桥臂均由半桥子模块和箝位单子模块混合串联而成;所述第三相单元的所述上桥臂及所述下桥臂均由半桥子模块和全桥子模块混合串联而成。因此，上述模块化多电平变流器在具备直流故障闭锁能力的同时，还能够在故障期间为电网提供无功支撑，且其成本相对较低。
【附图说明】
[0007]图1为一种实施方式的模块化多电平变流器的结构图；
[0008]图2为图1的模块化多电平变流器的第一相单元、第二相单元的上桥臂和下桥臂的结构图；
[0009]图3为图1的模块化多电平变流器的第三相单元的上桥臂和下桥臂的结构图；
[0010]图4为图2的箝位单子模块的电路结构图；
[0011]图5为图2或/及图3的半桥子模块的电路结构图；
[0012]图6为图3的全桥子模块的电路结构图。
【具体实施方式】
[0013]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0014]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0015]如图1所示，为本发明一种实施方式的模块化多电平变流器，包括三个相单元，分别为:第一相单元、第二相单元、第三相单元;每个所述相单元包括上桥臂、下桥臂、上电抗器和下电抗器;所述上桥臂的正极端为所述相单元的直流出线正极端，所述上桥臂的负极端与所述上电抗器的一端相连，所述上电抗器的另一端与所述下电抗器的一端相连，并作为所述相单元的交流出线端，所述下电抗器的另一端与所述下桥臂的正极端相连，所述下桥臂负极端为所述相单元的直流出线负极端;所述第一相单元及所述第二相单元的所述上桥臂及所述下桥臂均由半桥子模块和箝位单子模块混合串联而成;所述第三相单元的所述上桥臂及所述下桥臂均由半桥子模块和全桥子模块混合串联而成;三个所述相单元的所述直流出线正极端相互连接，形成模块化多电平变流器的直流侧正极DC+;三个所述相单元的所述直流出线负极端相互连接，形成所述模块化多电平变流器的直流侧负极DC-;三个所述相单元的所述交流出线端分别作为所述模块化多电平变流器的交流侧的第一相端Ac、第二相端Be及第三相端Ce。
[0016]在本实施例中，第一相单元、第二相单元及第三相单元分别为A相单元、B相单元及C相单元。交流侧的第一相端Ac、第二相端Be及第三相端Ce分别为交流侧A相端、交流侧B相端、交流侧C相端。
[0017]工作时，直流侧正极DC+连接外部直流电路的正极;直流侧负极DC-连接外部直流电路的负极。交流侧的第一相端Ac、第二相端Be及第三相端Ce分别连接外部交流电网的第一相端Ag、第二相端Bg及第三相端Cg。
[0018]当直流侧发生短路故障时，该模块化多电平变流器工作于直流故障模式。此时，SP在直流故障运行条件下，根据交流侧第一相端Ac、第二相端电流Be的方向，各桥臂(包括上桥臂和下桥臂)有4种工作模态。在本实施例中，规定从模块化多电平变流器流出的方向为正方向。
[0019]工作模态1:当第一相端Ac电流为正，且第二相端Be电流为正时，第一相单元的上桥臂中的所有子模块(包括半桥子模块和箝位单子模块)闭锁，第二相单元的上桥臂所有子模块(包括半桥子模块和箝位单子模块)闭锁，第三相单元的上桥臂所有子模块(包括半桥子模块和全桥子模块)闭锁;第一相单元的下桥臂、第二相单元的下桥臂、第三相单元的下桥臂构成星接静止同步无功补偿装置，为外部交流电网提供无功支撑，并根据电流闭环控制环节、调制环节以及排序均压环节确定第一相单元的下桥臂、第二相单元的下桥臂、第三相单元的下桥臂中各个子模块(包括半桥子模块、箝位单子模块和全桥子模块)的投入状
??τ O
[0020]工作模态2:当第一相端Ac电流为负，且第二相端Be电流为负时，第一相单元的下桥臂中的所有子模块闭锁，第二相单元的下桥臂所有子模块闭锁，第三相单元的下桥臂所有子模块闭锁;第一相单元的上桥臂、第二相单元的上桥臂、第三相单元的上桥臂构成星接静止同步无功补偿装置，为外部交流电网提供无功支撑，并根据电流闭环控制环节、调制环节以及排序均压环节确定第一相单元的上桥臂、第二相单元的上桥臂、第三相单元的上桥臂中各个子模块的投入状态。
[0021]工作模态3:当第一相端电流Ac为负，且第二相端Be电流为正时，第一相单元的下桥臂所有子模块闭锁，第二相单元的上桥臂所有子模块闭锁。第一相单元的上桥臂和第三相单元的上桥臂构成交流通路，通过控制第一相端电流以及调制环节、排序均压环节确定第一相单元的上桥臂和第三相单元的上桥臂各个子模块的投入状态。第二相单元的下桥臂和第三相单元的下桥臂构成交流通路，通过控制第二相端电流以及调制环节、排序均压环节确定第二相单元的下桥臂和第三相单元的下桥臂各个子模块的投入状态。
[0022]工作模态4:当第一相端Ac电流为正，且第二相端Be电流为负时，第一相单元的上桥臂所有子模块闭锁，第二相单元的下桥