本发明专利技术公开了一种变换器及其相间均压方法和装置。包括：串联的三个单相拓扑；每个单相拓扑包括新型开关阀和开关电容阀，开关电容阀并联在新型开关阀的两端；重载情况下，当每个单相拓扑的总模块电压一致时，变换器的三个单相拓扑分别输出变换器整体直流端口电压的三分之一；当变换器的三个单相拓扑的电压不均时，根据直流电流方向、第一电压、第一电压增量和第二电压增量，确定三个单相拓扑的输出直流电压；轻载或空载情况下，交流侧连接的系统无需提供稳定的交流电压输出时，在三个单相拓扑之间构造有功功率交换进行相间均压；交流侧连接的系统需要提供稳定的交流电压输出时，在变换器内部配置均压电路进行相间均压。换器内部配置均压电路进行相间均压。换器内部配置均压电路进行相间均压。
【技术实现步骤摘要】
一种变换器及其相间均压方法和装置
[0001]本专利技术涉及柔性直流输电
，特别涉及一种变换器及其相间均压方法和装置。
技术介绍
[0002]模块化多电平换流器(Modular
‑
Multilevel
‑
Converter,MMC)自2001年由德国学者提出后，得到了广泛的研究与工程实践。MMC是高压大容量电力变换场合最常用的拓扑方案。其典型特征是通过半桥模块级联构成一串桥臂，三相桥臂构成双星接结构，提供直流和交流端口。通过这一结构，MMC可以实现交流端口和直流端口的解耦，并且能够通过改变模块数和模块内部的功率开关器件大小改变功率和电压等级。然而，上述复杂的结构导致MMC的模块数量众多，成本很高，严重影响了基于MMC的柔性直流输电系统、新能源交直流汇集系统的大规模推广应用。
技术实现思路
[0003]为了解决上述问题，专利技术人做出本专利技术，通过具体实施方式，提供一种变换器及其相间均压方法和装置。
[0004]第一方面，本专利技术实施例提供一种变换器，包括：
[0005]串联的三个单相拓扑；每个单相拓扑包括新型开关阀和开关电容阀，开关电容阀并联在新型开关阀的两端；在三个单相拓扑串联电路两端的接线上设置端口一，分别在每个单相拓扑中新型开关阀不同桥臂内部新型开关模块之间的串联线路上设置端口二，每个端口二串联隔离变压器，三个端口二分别输出交流电的一相；
[0006]其中，与新型开关阀并联的变换器端口为端口一，端口接线两端分别接在新型开关阀不同桥臂内部新型开关模块之间的串联线路上的变换器端口为端口二；
[0007]所述新型开关阀包括并联的多个桥臂，每个所述桥臂均包括多个串联的新型开关模块；所述新型开关模块包括第一功率开关器件、二极管、均压电容和第一耗能元件，第一功率开关器件和二极管串联后，并联在均压电容两端，第一耗能元件并联在均压电容两端；
[0008]所述开关电容阀包括多个串联的开关电容模块；所述开关电容模块包括第二功率开关器件和第一电容，所述第二功率开关器件的连接方式为半桥和/或全桥，第二功率开关器件半桥或全桥连接后，并联在第一电容的两端。
[0009]具体的，所述第一耗能元件为取能电源、耗能电阻以及可投切的耗能电阻中的任意一种或组合。
[0010]具体的，每个所述单相拓扑还包括交流连接电抗，串联在相应端口二的一条接线上。
[0011]具体的，所述交流连接电抗为变压器漏抗。
[0012]具体的，所述开关电容模块还包括第二耗能元件，第二耗能元件并联在第一电容的两端。
[0013]具体的，所述变换器正负直流母线的正极和/或负极设置有直流平波电抗。
[0014]第二方面，本专利技术实施例提供一种变换器相间均压方法，变换器重载情况下，包括：
[0015]当每个单相拓扑的总模块电压一致时，所述变换器的三个单相拓扑分别输出第一电压，所述第一电压的平均值为变换器整体直流端口电压的三分之一；
[0016]当所述变换器的三个单相拓扑的电压不均时，根据直流电流方向、第一电压、第一电压增量和第二电压增量，确定所述三个单相拓扑的输出直流电压；
[0017]所述第一电压增量大于零，且不小于第二电压增量，第一电压不小于第一、第二电压增量的和。
[0018]具体的，所述根据直流电流方向、第一电压、第一电压增量和第二电压增量，确定所述三个单相拓扑的输出直流电压，包括：
[0019]当直流电流为正时，总模块电压最低的单相拓扑的输出直流电压为第一电压与第一电压增量的和，总模块电压居中的单相拓扑的输出直流电压为第一电压与第二电压增量的和，总模块电压最高的单相拓扑的输出直流电压为第一电压减第一电压增量及第二电压增量的差；
[0020]当直流电流为负时，总模块电压最高的单相拓扑的输出直流电压为第一电压与第一电压增量的和，总模块电压居中的单相拓扑的输出直流电压为第一电压与第二电压增量的和，总模块电压最低的单相拓扑的输出直流电压为第一电压减第一电压增量及第二电压增量的差。
[0021]具体的，根据单相拓扑的总模块电压与三个单相拓扑的总模块电压平均值的偏差，经过PI调节器输出得到第一电压增量和第二电压增量。
[0022]具体的，变换器轻载或空载情况下，包括：
[0023]当所述变换器交流侧连接的系统无需所述变换器提供稳定的交流电压输出时，通过交流电网构成回路，在三个单相拓扑之间构造有功功率交换进行相间均压；
[0024]当所述变换器交流侧连接的系统需要所述变换器提供稳定的交流电压输出时，在所述变换器内部配置均压电路进行相间均压。
[0025]具体的，在所述变换器内部配置均压电路进行相间均压，包括：
[0026]在所述变换器的每个开关电容模块和新型开关模块内配置静态均压电阻；
[0027]或者，在每个单相拓扑的直流侧配置静态均压电阻；
[0028]或者，在每个开关电容模块和新型开关模块内配置可投切的均压电阻；
[0029]或者，在每个单相拓扑的直流侧配置可投切的均压电阻。
[0030]第三方面，本专利技术实施例提供一种变换器相间均压方法装置，包括：
[0031]重载模块，用于在变换器重载情况下，当每个单相拓扑的总模块电压一致时，所述变换器的三个单相拓扑分别输出第一电压，所述第一电压为变换器整体直流端口电压的三分之一；当所述变换器的三个单相拓扑的电压不均时，根据直流电流方向、第一电压、第一电压增量和第二电压增量，确定所述三个单相拓扑的输出直流电压；所述第一电压增量大于零，且不小于第二电压增量，第一电压不小于第一、第二电压增量的和；
[0032]轻载空载模块，用于在变换器轻载或空载情况下，当所述变换器交流侧连接的系统无需所述变换器提供稳定的交流电压输出时，通过交流电网构成回路，在三个单相拓扑
之间构造有功功率交换进行相间均压；当所述变换器交流侧连接的系统需要所述变换器提供稳定的交流电压输出时，在所述变换器内部配置均压电路进行相间均压。
[0033]本专利技术实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
[0034]本专利技术中提供的变换器的开关电容模块只需承受直流母线电压峰值，新型开关阀的上下桥臂一共承受1倍的直流母线电压峰值，且新型开关模块仅含有1只全控型功率开关器件，因此本专利技术拓扑功率开关器件数较MMC减少25％以上。
[0035]本专利技术的新型开关阀桥臂，由于桥臂没有桥臂电抗，桥臂关断后不存在续流，因此新型串联子模块不存在较大的充放电功率，模块电容较小。而开关电容阀，由于其电流是新型串联阀整流所得的二倍频电流，因此电容电压波动频率较MMC大了一倍。加至与直流端口电流的抵消，开关电容模块的波动功率是MMC的1/8，模块电容为MMC的1/8。
[0036]本专利技术提供的变换器相间均压方法及装置，可以实现对变换器中对三个单相拓扑三者整体的均压，而非每个单相拓扑桥臂内部的均压。
[0037]综上所述，本专利技术提本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种变换器，其特征在于，包括：串联的三个单相拓扑；每个单相拓扑包括新型开关阀和开关电容阀，开关电容阀并联在新型开关阀的两端；在三个单相拓扑串联电路两端的接线上设置端口一，分别在每个单相拓扑中新型开关阀不同桥臂内部新型开关模块之间的串联线路上设置端口二，每个端口二串联隔离变压器，三个端口二分别输出交流电的一相；其中，与新型开关阀并联的变换器端口为端口一，端口接线两端分别接在新型开关阀不同桥臂内部新型开关模块之间的串联线路上的变换器端口为端口二；所述新型开关阀包括并联的多个桥臂，每个所述桥臂均包括多个串联的新型开关模块；所述新型开关模块包括第一功率开关器件、二极管、均压电容和第一耗能元件，第一功率开关器件和二极管串联后，并联在均压电容两端，第一耗能元件并联在均压电容两端；所述开关电容阀包括多个串联的开关电容模块；所述开关电容模块包括第二功率开关器件和第一电容，所述第二功率开关器件的连接方式为半桥和/或全桥，第二功率开关器件半桥或全桥连接后，并联在第一电容的两端。2.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述第一耗能元件为取能电源、耗能电阻以及可投切的耗能电阻中的任意一种或组合。3.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，每个所述单相拓扑还包括交流连接电抗，串联在相应端口二的一条接线上。4.如权利要求3所述的变换器，其特征在于，所述交流连接电抗为变压器漏抗。5.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述开关电容模块还包括第二耗能元件，第二耗能元件并联在第一电容的两端。6.如权利要求1至5任一所述的变换器，其特征在于，所述变换器正负直流母线的正极和/或负极设置有直流平波电抗。7.一种变换器相间均压方法，其特征在于，变换器重载情况下，包括：当每个单相拓扑的总模块电压一致时，所述变换器的三个单相拓扑分别输出第一电压，所述第一电压的平均值为变换器整体直流端口电压的三分之一；当所述变换器的三个单相拓扑的电压不均时，根据直流电流方向、第一电压、第一电压增量和第二电压增量，确定所述三个单相拓扑的输出直流电压；所述第一电压增量大于零，且不小于第二电压增量，第一电压不小于第一、第二电压增量的和。8.如权利要求7所述的变换器相间均压方法，其特征在于，所述根据直流电流方向、第一电压、第一电压增量和第二电压增量，确定所述三个单相拓扑的输出直流电压，包括：当直流电流为正时，总模块电压最低的单相拓扑的...
【专利技术属性】
技术研发人员：余占清，张雪垠，赵彪，白睿航，屈鲁，曾嵘，
申请(专利权)人：清华四川能源互联网研究院，
类型：发明
国别省市：
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