一种单向电流型模块化多电平换流器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子功率变换领域，特别设及一种单向电流型模块化多电平换流 器。
【背景技术】
[0002] 柔性直流输电已经成为目前最有潜质的新型电力传输方式。由于模块化多电平换 流器具有公共直流端，且有易拓展、有功无功可解禪控制、谐波特性优秀、开关器件损耗小 等特点，十分适用于柔性直流输电系统。目前模块化多电平换流器根据所用的子模块类型 主要可W分为半桥型、全桥型、半桥-全桥混合型和若干种巧位型几类。在不同类型的模块 化多电平换流器中，半桥型模块化多电平换流器具有最低的成本，每个子模块仅需要两个 开关管和两个二极管，但半桥型模块化多电平换流器的直流电压输出范围较窄，并且不具 有清除直流侧暂时性短路故障的能力。全桥型模块化多电平换流器具有从正额定值至负额 定值的直流电压输出范围，也可W清除直流侧暂时性短路故障，但所需的开关管和二极管 数目两倍于半桥型模块化多电平换流器;即使是半桥-全桥混合型模块化多电平换流器，所 需的开关管和二极管数目仍然1.5倍于半桥型模块化多电平换流器。各种巧位型模块化多 电平换流器的设计目标一般均为在增加较少的开关管的条件下实现清除直流侧暂时性短 路故障的能力，但仍然需要增加开关管，一般所需的开关管数目至少1.25倍于半桥型模块 化多电平换流器，仍然会带来明显的成本增加。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对现有的全桥和巧位型模块化多电平换流器成本高、半桥型模 块化多电平换流器不具备直流侧故障清除能力的缺点，提出一种单向电流型模块化多电平 换流器，采用输出电流单向、输出电压双向的子模块结构，使得换流器在保持与半桥型换流 器相似的成本下，获得直流侧暂时性短路故障清除能力和从正额定值至负额定值的直流电 压输出能力。
[0004] 本发明提出的一种单向电流型模块化多电平换流器，换流器的每一相包括上桥臂 和下桥臂，每个桥臂分别由N个相同的单向电流型子模块级联构成，每相的上桥臂下端和下 桥臂上端各通过一个电感连接在一起，电感中点成为该相的交流母线，所有相的上桥臂上 端连接在一起成为直流正母线，所有相的下桥臂下端连接在一起成为直流负母线，其特征 在于，所述的上桥臂和下桥臂分别由N个单向电流型子模块依次顺序级联而成，所述的单向 电流型子模块由第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管、第=二极管、第四二极管、 直流电容组成;所述的第一开关的集电极、第一二极管的阴极、第=二极管的阳极相互连接 后构成单向电流型子模块的第一端子;所述的第一开关的发射极、第一二极管的阳极、第四 二极管的阳极和直流电容的负极相互连接;所述的第二开关的集电极、第二二极管的阴极、 第=二极管的阴极和直流电容的正极相互连接;所述的第二开关的发射极、第二二极管的 阳极和第四二极管的阴极相互连接构成单向电流型子模块的第二端子。
[0005] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0006] -种单向电流型模块化多电平换流器，换流器的每一相包括上桥臂和下桥臂，每 个桥臂分别由N个相同的子模块级联构成，每相的上桥臂下端和下桥臂上端各通过一个电 感连接在一起，电感中点成为该相的交流母线，所有相的上桥臂上端连接在一起成为直流 正母线，所有相的下桥臂下端连接在一起成为直流负母线，其特征在于所述的上桥臂和下 桥臂分别由N个单向电流型子模块依次顺序级联而成，N可W取值为任意不小于1的整数。
[0007] 所述的单向电流型子模块由第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管、第= 二极管、第四二极管、直流电容组成;所述的第一开关的集电极、第一二极管的阴极、第=二 极管的阳极相互连接后构成单向电流型子模块的第一端子;所述的第一开关的发射极、第 一二极管的阳极、第四二极管的阳极和直流电容的负极相互连接;所述的第二开关的集电 极、第二二极管的阴极、第=二极管的阴极和直流电容的正极相互连接;所述的第二开关的 发射极、第二二极管的阳极和第四二极管的阴极相互连接构成单向电流型子模块的第二端 子。
[0008] 本发明的有益效果为:本发明提出的单向电流型模块化多电平换流器，可W在相 对于半桥型换流器不增加开关管、每个子模块仅增加两个仅用于不控充电阶段的小容量二 极管的前提下，获得清除直流侧暂时性短路故障的能力和从正额定值至负额定值的直流电 压输出能力，可W W更低成本实现基于架空线的柔性直流输电系统和实现常规-柔性混合 直流系统的功率双向传输能力。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明提出的单向电流型模块化多电平换流器的结构示意图。
[0010] 图2是本发明的单向电流型子模块的结构示意图。
[0011] 图3、图4、图5和图6是本发明的单向电流型子模块的四种电压输出状态的示意图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明提出的单向电流型模块化多电平换流器，其结构如图1所示，换流器的每一 相包括上桥臂和下桥臂，每个桥臂分别由N个相同的子模块级联构成，每相的上桥臂下端和 下桥臂上端各通过一个电感L连接在一起，每相的两个电感L的连接点为该相的交流母线 ACU、ACV、ACW，所有相的上桥臂上端连接在一起成为直流正母线DC+，所有相的下桥臂下端 连接在一起成为直流负母线DC-，其特征在于，所述的上桥臂和下桥臂分别由N个子模块为N 个单向电流型子模块级联构成，N可W取值为任意不小于1的整数;具体可W由换流器桥臂 额定输出电压与子模块额定电压的比值关系确定。例如，如果桥臂额定电压为Uarm,子模块 电压为Usm，N的取值可W为：
[0014] 其中INTO为取整函数。
[0015] 所述的单向电流型子模块结构如图2所示，由第一开关S1、第二开关S2、第一二极 管D1、第二二极管D2、第S二极管D3、第四二极管D4、直流电容C组成;所述的第一开关Sl的 集电极、第一二极管Dl的阴极、第S二极管D3的阳极相互连接后构成单向电流型子模块的 第一端子Tl;所述的第一开关SI的发射极、第一二极管Dl的阳极、第四二极管D4的阳极和直 流电容C的负极相互连接;所述的第二开关S2的集电极、第二