用于MMC的升降压换流器单元制造技术

本公开涉及一种用于MMC的换流器单元(4)。该单元包括：初级储能器(C

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于MMC的升降压换流器单元


[0001]本公开涉及一种用于模块化多电平换流器(MMC)的换流器单元。

技术介绍

[0002]MMC已成为中压(MV)和高压(HV)并网换流器的流行选择，这是由于其增强的模块化、可扩展性和出色的谐波性能以及降低的损耗所致。向占地面积(尺寸)减小和紧凑性的发展最近一直受到关注。
[0003]为了减小单元电容和/或储能器在单元内的可能集成，WO2016/150466A1公开了一种半桥(HB)构型，其具有连接到主储能器的DC
‑
DC级，该主储能器可以是电池、超级电容器或普通电容器。还需要滤波电感器来控制主储能器和滤波储能器之间的电流/电力流。一些开关在近基本频率下切换以插入或绕过单元，而DC
‑
DC级的开关在更高频率(>1kHz)下切换以减小滤波元件的尺寸。该单元的缺点包括需要两种不同类型的开关，即，在近基本切换频率下切换的开关以及在高切换频率下切换的DC
‑
DC级，并且需要复杂的控制结构，即，分类算法，其中中央控制架构用以操作具有基本频率的开关且本地单元级控制器用以操作DC
‑
DC级开关。

技术实现思路

[0004]一种常规MMC由HB或全桥(FB)单元组成，具体取决于应用。由于每个HB或FB单元是所谓的降压换流器，因此单元DC电压必须始终高于所生成的输出电压，否则二极管将被正向偏压并且单元将表现为二极管整流器。当然，可允许过调制，高达例如1.27p.u，但带有谐波注入。为简单起见，此处仅考虑线性调制。对于高压直流输电(HVDC)、静态同步补偿器(STATCOM)和其他MMC应用(诸如，静频率铁路供电电源换流器等)，每个基本频率周期流入单元储能器中的净DC能量可能为零。然而，可能存在需要存储在单元储能器中的纹波能量(例如，50或100Hz，具体取决于拓扑或操作)。单元电容然后可以是额定的，使得在考虑来自换流器桥臂的纹波能量的情况下确保对所有操作点的线性调制。单元储能器(此处为电容器)计算的表达式可以是：
[0005][0006]其中，
[0007]·
C
cell
是所需的单元电容，
[0008]·
E
arm,pk
‑
pk
是从换流器桥臂电流和电压波形计算得出的峰
‑
峰桥臂纹波能量，
[0009]·
N是每个换流器桥臂的换流器单元数量，以及
[0010]·
U
max
和U
min
是考虑到MMC的所有操作点在从系统设计中获得的最大纹波点和最小纹波点处的单元电压值。
[0011]通常，针对常规MMC单元考虑10％峰
‑
峰的单元电压纹波。因此，90％的单元储能器
能量未被使用，从而使单元不必要地庞大。
[0012]现在已认识到，通过本专利技术的实施例，可以使用更加多的储能器容量(即，单元DC电压)来处理DC电压纹波，借此可以大幅减小每个单元的储能器的尺寸(物理地(占地面积)和就容量两者)。例如，如果使用90％的单元电容器能量，则可以实现高达80％的单元电容器减少(倍的减少)。
[0013]根据本专利技术，为了生成所需的单元输出电压波形而不管单元储能器上的大电压纹波，将需要换流器单元中的所谓的升降压(BB)操作。
[0014]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于MMC的换流器单元。该单元包括初级储能器、电感器和次级储能器。该单元还包括第一换流器阀和第二换流器阀，该第一换流器阀包括第一半导体开关和第一反并联二极管，并且该第二换流器阀包括第二半导体开关和第二反并联二极管，该第二半导体开关具有与第一半导体开关相同的极性。次级储能器与第一换流器阀串联连接，并且所述次级储能器和所述第一换流器阀一起与电感器并联连接(跨接)。初级储能器与第二换流器阀串联连接，并且所述初级储能器和所述第二换流器阀一起与电感器并联连接(跨接)。
[0015]该单元可被构造成使得当电力流入单元中并且第一半导体开关被切换为导通且第二半导体开关被切换为非导通时，允许电流经由第一半导体开关从次级储能器流到电感器，从而对电感器充电。然后，当第一半导体开关和第二半导体开关两者都被切换为非导通时，允许电流经由第二反并联二极管从已充电的电感器流到初级储能器，从而对初级储能器充电。
[0016]进一步地，该单元可被构造成使得当电力流出单元并且第一半导体开关被切换为非导通且第二半导体开关被切换为导通时，允许电流经由第二半导体开关从初级储能器流到电感器，从而对电感器充电。然后，当第一半导体开关和第二半导体开关两者都被切换为非导通时，允许电流经由第一反并联二极管从已充电的电感器流到次级储能器，从而对次级储能器充电。
[0017]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种MMC，其包括多个换流器桥臂，每个桥臂包括本公开的多个串联连接的换流器单元。
[0018]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种由控制布置结构(arrangement)执行以控制MMC中的换流器单元(例如，根据以上方面的换流器单元)的方法。
[0019]该方法通常包括：当电力流入单元中时，将第一半导体开关切换为导通，而第二半导体开关被切换为非导通，从而允许电流在该单元内经由第一半导体开关从次级储能器流到电感器，从而对电感器充电；以及将第一半导体开关切换为非导通，而第二半导体开关保持被切换为非导通，从而允许电流在该单元内经由第二反并联二极管从已充电的电感器流到初级储能器，从而对初级储能器充电，该第二反并联二极管与第二半导体开关反并联。
[0020]该方法通常包括：当电力流出单元时，将第二半导体开关切换为导通，而第一半导体开关被切换为非导通，从而允许电流在该单元内经由第二半导体开关从初级储能器流到电感器，从而对电感器充电；以及将第二半导体开关切换为非导通，而第一半导体开关保持被切换为非导通，从而允许电流在该单元内经由第一反并联二极管从已充电的电感器流到次级储能器，从而对次级储能器充电，该第一反并联二极管与第一半导体开关反并联。
[0021]要注意的是，可在适当的情况下将任何方面的任何特征应用于任何其他方面。同样，任何方面的任何优势都可应用于任何其他方面。从以下详细公开内容、所附从属权利要求以及附图，随附实施例的其他目的、特征和优点将变得显而易见。
[0022]一般而言，除非本文中另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语均将根据其在
中的普通含义来解释。除非另有明确陈述，否则对“一/一个/元件、设备、部件、器件、步骤等”的所有引用都将被开放地解释为指代元件、设备、部件、器件、步骤等的至少一个实例。除非明确陈述，否则本文中所公开的任何方法的步骤均不必按所公开的确切顺序执行。针对本公开的不同特征/部件使用“第一”、“第二”等仅旨在将特征/部件与其他类似的特征/部件区分开来，而不是赋予特征/部件以任何顺序或层次。
附图说明
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于模块化多电平换流器MMC(1)的换流器单元(4)，所述单元包括：初级储能器(C
m
)、电感器(L
f
)以及次级储能器(C
f
)；以及第一换流器阀(T1)和第二换流器阀(T2)，所述第一换流器阀(T1)包括第一半导体开关(S1)和第一反并联二极管(D1)，并且所述第二换流器阀(T2)包括第二半导体开关(S2)和第二反并联二极管(D2)，所述第二半导体开关具有与所述第一半导体开关(S1)相同的极性；其中，所述次级储能器(C
f
)与所述第一换流器阀(T1)串联连接，并和所述第一换流器阀一起与所述电感器(L
f
)并联连接，并且所述初级储能器(C
m
)与所述第二换流器阀(T2)串联连接，并和所述第二换流器阀(T2)一起与所述电感器(L
f
)并联连接；其中，所述单元被构造成使得当电力流入所述单元中时：当所述第一半导体开关(S1)被切换为导通且所述第二半导体开关(S2)被切换为非导通时，允许电流从所述次级储能器(C
f
)经由所述第一半导体开关流到所述电感器(L
f
)，从而对所述电感器充电，此后当所述第一半导体开关(S1)和所述第二半导体开关(S2)两者都被切换为非导通时，允许电流从已充电的电感器(L
f
)经由所述第二反并联二极管(D2)流到所述初级储能器(C
m
)，从而对所述初级储能器充电；并且其中，所述单元被构造成使得当电力流出所述单元时：当所述第一半导体开关(S1)被切换为非导通且所述第二半导体开关(S2)被切换为导通时，允许电流从所述初级储能器(C
m
)经由所述第二半导体开关流到所述电感器(L
f
)，从而对所述电感器充电，此后，当所述第一半导体开关(S1)和所述第二半导体开关(S2)两者都被切换为非导通时，允许电流从已充电的电感器(L
f
)经由所述第一反并联二极管(D1)流到所述次级储能器(C
f
)，从而对所述次级储能器充电。2.根据权利要求1所述的单元，其中，所述第一半导体开关(S1)和所述第二半导体开关(S2)中的每一者被构造成用于至少1kHz的切换频率，例如至少5或10kHz。3.根据前述权利要求中任一项所述的单元，其中，所述第一半导体开关(S1)和所述第二半导体开关(S2)中的每一者包括碳化硅、SiC或硅Si、半导体材料、或其组合，优选地为SiC。4.根据前述权利要求中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：ABB电网瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：