一种模块化多电平换流器的拓扑结构及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种模块化多电平换流器的拓扑结构及其控制方法，所述拓扑结构由三组支路组成，每组支路的一端分别通过电抗器与电网的a、b和c相连接，每组支路的另一端相互连接；其中，所述每组支路由数量相同的模块化多电平换流器子模块串联组成。本发明专利技术提供的模块化多电平换流器的拓扑结构，可以获得更高的输出电平数和直流侧电压，提高电能质量，减少独立的直流电源数量，从而降低电池单元的电压要求，简化电池设计。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平换流器的拓扑结构及其控制方法
本专利技术涉及电力电子领域，具体涉及一种模块化多电平换流器的拓扑结构及其控制方法。
技术介绍
新能源电力系统存在等效转动惯量不足、抗干扰能力弱、一次调频能力不足等问题，规模化储能系统对于解决上述为题具有重要实际意义，通过控制能量的释放和存储能够在电力系统遭受扰动后快速提供动态功率支持，改善系统的转动惯量，配合新能源电站主动支撑电网频率响应，以维持电网的稳定运行；储能技术还可以缓解当前发电与用电之间的不平衡，延缓系统扩容增建，提高社会经济效益；总之，在未来电力系统发展中，储能技术将成为电力生产中重要的组成部分，是我国建设成坚强智能电网的重要依赖技术之一。但是，当前储能系统输出的电能质量差、运行可靠性低是阻碍储能技术大规模应用的重要因素。目前，三相两电平或三电平储能变流器在中高压大容量储能系统中的应用主要通过将低压侧多台储能变流器并联以满足容量需求，然后通过升压变压器接入中高压电网。这种方案中储能变流器的输出电压限制使得系统必须配置变压器以满足接入电网的电压要求，但是，变压器的接入使得整个系统体积变大，系统成本和损耗增加；为了获得较高质量的电能，需提高系统开关器件的开关频率，导致开关损耗变大；由于存在独立控制的并联运行的储能变流器，难以进行协调控制，而且当输出电压不一致时，会产生环流和附加的损耗。由此，国内外研究学者提出了多电平拓扑结构，但是，传统的二极管箝位型电路需要大量的箝位二极管，当电平数超过5时，该电路的结构和控制变得非常复杂，因此，鲜有在中高压领域的研究与应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种模块化多电平换流器的拓扑结构及其控制方法，其目的是获得更高的输出电平数和直流侧电压，提高电能质量，减少独立的直流电源数量，降低电池单元的电压要求，简化电池设计。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种模块化多电平换流器的拓扑结构，其改进之处在于，所述拓扑结构由三组支路组成，每组支路的一端分别通过电抗器与电网的a、b和c相连接，每组支路的另一端相互连接；其中，所述每组支路由数量相同的模块化多电平换流器子模块串联组成。优选的，所述模块化多电平换流器子模块由DC/AC变换电路和与所述DC/AC变换电路连接的DC/DC变换电路组成。进一步的，所述DC/AC变换电路，包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7、第八开关管S8、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1和第二电容C2；所述第一开关管S1、所述第二开关管S2、所述第三开关管S3、所述第四开关管S4串联；所述第五开关管S5、所述第六开关管S6、所述第七开关管S7、所述第八开关管S8串联；所述第一电容C1和所述第二电容C2串联；所述第一二极管D1的阴极与所述第一开关管S1的发射极连接；所述第二二极管D2的阳极与所述第四开关管S4的集电极连接；所述第三二极管D3的阴极与所述第五开关管S5的发射极连接；所述第四二极管D4的阳极与所述第八开关管S8的集电极连接；所述第一二极管D1和所述第二二极管D2的中点、所述第三二极管D3和所述第四二极管D4的中点、所述第一电容C1和所述第二电容C2的中点依次连接；所述第二开关管S2和所述第三开关管S3的中点为模块化多电平换流器子模块的第一交流输出端，所述第六开关管S6和所述第七开关管S7的中点为模块化多电平换流器子模块的第二交流输出端。进一步的，所述DC/DC变换电路，包括：第九开关管S9、第十开关管S10、第十一开关管S11、第十二开关管S12、电感L和电源E；所述第九开关管S9、所述第十开关管S10、所述第十一开关管S11、所述第十二开关管S12串联；所述电感L的一端与所述电源E的正极连接，所述电感L的另一端与所述第九开关管S9的发射极连接；所述第十一开关管S11的发射极与所述电源E的负极连接；所述第十开关管S10和所述第十一开关管S11的中点与所述前级DC/AC变换电路中第一电容C1和第二电容C2的中点连接。进一步的，当支路上的模块化多电平换流器子模块为支路首端的模块化多电平换流器子模块，则该模块化多电平换流器子模块的第一交流输出端为该支路的一端，当支路上的模块化多电平换流器子模块为支路末端的模块化多电平换流器子模块，则该模块化多电平换流器子模块的第一交流输出端为该支路的另一端，当支路上的模块化多电平换流器子模块不是支路首端/末端的模块化多电平换流器子模块，则该模块化多电平换流器子模块的第一交流输出端与其在该支路上相邻的上一个模块化多电平换流器子模块的第二交流输出端连接，当支路上的模块化多电平换流器子模块不是支路首端/末端的模块化多电平换流器子模块，则该模块化多电平换流器子模块的第二交流输出端与其在该支路上相邻的下一个模块化多电平换流器子模块的第一交流输出端连接。一种模块化多电平换流器的拓扑结构的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：通过控制模块化多电平换流器的拓扑结构中每组支路上的模块化多电平换流器子模块的DC/AC变换电路的开关状态，调节模块化多电平换流器子模块的输出电平；通过控制模块化多电平换流器的拓扑结构中每组支路上的模块化多电平换流器子模块的DC/DC变换电路的开关状态，调节模块化多电平换流器子模块的DC/DC变换电路的工作状态。优选的，所述通过控制模块化多电平换流器的拓扑结构中每组支路上的模块化多电平换流器子模块的DC/AC变换电路的开关状态，调节模块化多电平换流器子模块的输出电平，包括：当第一开关管S1、第二开关管S2、第七开关管S7和第八开关管S8均保持闭合状态且第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5和第六开关管S6均保持断开状态，所述模块化多电平换流器输出的电平为2Uc；当第一开关管S1、第二开关管S2、第六开关管S6和第七开关管S7均保持闭合状态且第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5和第八开关管S8均保持断开状态，所述模块化多电平换流器输出的电平为Uc；或当第二开关管S2、第三开关管S3、第七开关管S7和第八开关管S8均保持闭合状态且第一开关管S1、第四开关管S4、第五开关管S5和第六开关管S6均保持断开状态，所述模块化多电平换流器输出的电平为Uc。当第二开关管S2、第三开关管S3、第六开关管S6和第七开关管S7均保持闭合状态且第一开关管S1、第四开关管S4、第五开关管S5和第八开关管S8均保持断开状态，所述模块化多电平换流器输出的电平为0；当第三开关管S3、第四开关管S4、第六开关管S6和第七开关管S7均保持闭合状态且第一开关管S1、第二开关管S2、第五开关管S5和第八开关管S8均保持断开状态，所述模块化多电平换流器输出的电平为-Uc；或当第二开关管S2、第三开关管S3、第五开关管S5和第六开关管S6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平换流器的拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构由三组支路组成，每组支路的一端分别通过电抗器与电网的a、b和c相连接，每组支路的另一端相互连接；/n其中，所述每组支路由数量相同的模块化多电平换流器子模块串联组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器的拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构由三组支路组成，每组支路的一端分别通过电抗器与电网的a、b和c相连接，每组支路的另一端相互连接；
其中，所述每组支路由数量相同的模块化多电平换流器子模块串联组成。


2.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述模块化多电平换流器子模块由DC/AC变换电路和与所述DC/AC变换电路连接的DC/DC变换电路组成。


3.如权利要求2所述的拓扑结构，其特征在于，所述DC/AC变换电路，包括：
第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7、第八开关管S8、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1和第二电容C2；
所述第一开关管S1、所述第二开关管S2、所述第三开关管S3、所述第四开关管S4串联；
所述第五开关管S5、所述第六开关管S6、所述第七开关管S7、所述第八开关管S8串联；
所述第一电容C1和所述第二电容C2串联；
所述第一二极管D1的阴极与所述第一开关管S1的发射极连接；
所述第二二极管D2的阳极与所述第四开关管S4的集电极连接；
所述第三二极管D3的阴极与所述第五开关管S5的发射极连接；
所述第四二极管D4的阳极与所述第八开关管S8的集电极连接；
所述第一二极管D1和所述第二二极管D2的中点、所述第三二极管D3和所述第四二极管D4的中点、所述第一电容C1和所述第二电容C2的中点依次连接；
所述第二开关管S2和所述第三开关管S3的中点为模块化多电平换流器子模块的第一交流输出端，所述第六开关管S6和所述第七开关管S7的中点为模块化多电平换流器子模块的第二交流输出端。


4.如权利要求2所述的拓扑结构，其特征在于，所述DC/DC变换电路，包括：
第九开关管S9、第十开关管S10、第十一开关管S11、第十二开关管S12、电感L和电源E；
所述第九开关管S9、所述第十开关管S10、所述第十一开关管S11、所述第十二开关管S12串联；
所述电感L的一端与所述电源E的正极连接，所述电感L的另一端与所述第九开关管S9的发射极连接；
所述第十一开关管S11的发射极与所述电源E的负极连接；
所述第十开关管S10和所述第十一开关管S11的中点与所述前级DC/AC变换电路中第一电容C1和第二电容C2的中点连接。


5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当支路上的模块化多电平换流器子模块为支路首端的模块化多电平换流器子模块，则该模块化多电平换流器子模块的第一交流输出端为该支路的一端，当支路上的模块化多电平换流器子模块为支路末端的模块化多电平换流器子模块，则该模块化多电平换流器子模块的第一交流输出端为该支路的另一端，当支路上的模块化多电平换流器子模块不是支路首端/末端的模块化多电平换流器子模块，则该模块化多电平换流器子模块的第一交流输出端与其在该支路上相邻的上一个模块化多电平换流器子模块的第二交流输出端连接，当支路上的模块化多电平换流器子模块不是支路首端/末端的模块化多电平换流器子模块，则该模块化多电平换流器子模块的第二交流输出端与其在该支路上相...

【专利技术属性】
技术研发人员：李官军，胡安平，桑丙玉，崔红芬，杨波，陶以彬，袁晓冬，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32