一种模块化多电平交交换频器及其控制方法技术

本申请公开了一种模块化多电平交交换频器及其控制方法，属于交交换频装置拓扑结构技术领域。本申请的结构通过在第一支路和第二支路的三相交流输入及输出侧控制，可以实现第一频率三相电网及第二频率三相电网的有功功率电流和无功功率电流的完全解耦；本申请的控制方法中仅三角形连接的第三支路同时流过两个不同频率的电流，进而实现双频功率的耦合，能够实现两个不同频率输入侧有功功率及无功功率的完全解耦控制；尤其适用于两侧交流系统在不对称故障条件下的运行工况。不对称故障条件下的运行工况。不对称故障条件下的运行工况。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平交交换频器及其控制方法


[0001]本申请属于交交换频装置拓扑结构
，具体涉及一种模块化多电平交交换频器及其控制方法。

技术介绍

[0002]基于模块化多电平技术的交交换频器在近些年受到广泛关注。尤其适用于大功率电机拖动、中远距离海上风电送出、交流系统异步互联等多个方面，具有控制特性灵活，输出频率可调、有无功解耦特性好、电能质量高及谐波电流小等突出优点。
[0003]模块化多电平矩阵变换器(Modular Multilevel Matrix Converter，M3C)于2001年提出，M3C共需九个桥臂，每个桥臂通过H桥功率模组级联方式组成，M3C通过直接交交变换实现不同频率电网之间的功率解耦控制。但是，M3C每个桥臂的模组数目较多，桥臂内部环流通道较多，控制较为复杂。同时，由于所有桥臂同时流过工频及低频电流，其桥臂功率模组直流侧电容储能元件的功率平衡控制实现复杂。在工、低频发生不对称故障时，M3C的可靠性较低，两侧的有功功率送出将受到限制。
[0004]此外，由于M3C所需的功率模组数目较多，工程应用的成本和占地面积较大，制约了M3C在工程中的推广应用。针对此问题，有学者提出新型六边形模块化多电平交交变流器(Hexverter)，只需六个桥臂即可实现两个不同频率及幅值交流系统的连接，但Hexverter拓扑决定在其正常运行时必须严格满足无功功率约束条件，其工程应用的前景同样受到了限制。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本申请的目的在于提供一种模块化多电平交交换频器，该换流器具有高可靠性的特点；本申请的另一目的在于提供上述模块化多电平交交换频器的控制方法，能够实现两个不同频率输入侧有功功率及无功功率的完全解耦控制，适用于两侧交流系统在不对称故障条件下的运行工况。
[0006]本申请实施例提供一种模块化多电平交交换频器，包括：
[0007]接入第三支路的第一支路和第二支路，所述第一支路与第一频率三相电网连接，用于输入第一频率电流；所述第二支路与第二频率三相电网连接，用于输出第二频率电流；
[0008]所述第三支路包括三角形回路，所述三角形回路用于同时流过所述第一频率电流、所述第二频率电流以及实现所述三角形回路功率平衡控制的环流；所述三角形回路的三个顶点分别形成三个公共连接点，所述公共连接点用于接收所述第一频率电流和输出所述第二频率电流；所述环流在所述三角形回路中流通。
[0009]在一些实施例中，所述第一支路和所述第二支路形成三对桥臂，每个所述公共连接点分别接入一对所述桥臂。
[0010]在一些实施例中，所述第一支路包括一号桥臂、二号桥臂和三号桥臂，所述一号桥臂、二号桥臂和三号桥臂的一端与所述第一频率三相电网连接；所述一号桥臂、二号桥臂和
三号桥臂的另一端分别接入三个所述公共连接点；所述第二支路包括四号桥臂、五号桥臂和六号桥臂，所述四号桥臂、五号桥臂和六号桥臂的一端分别接入三个所述公共连接点；所述四号桥臂、五号桥臂和六号桥臂的另一端与所述第二频率三相电网连接；所述三角形回路的三条边分别为七号桥臂、八号桥臂和九号桥臂，所述七号桥臂、八号桥臂和九号桥臂中的两两之间形成所述公共连接点。
[0011]在一些实施例中，所述公共连接点包括第一公共连接点、第二公共连接点和第三公共连接点；所述七号桥臂和所述八号桥臂之间形成所述第一公共连接点，所述八号桥臂和所述九号桥臂之间形成所述第三公共连接点，所述七号桥臂和所述九号桥臂之间形成所述第二公共连接点；所述一号桥臂和所述四号桥臂接入所述第一公共连接点；所述二号桥臂和所述五号桥臂接入所述第三公共连接点；所述三号桥臂和所述六号桥臂接入所述第二公共连接点。
[0012]在一些实施例中，所述一号桥臂和所述四号桥臂形成第一V字形结构，所述第一V字形结构的顶点形成所述第一公共连接点；所述二号桥臂和所述五号桥臂形成第二V字形结构，所述第二V字形结构的顶点形成所述第三公共连接点；所述三号桥臂和所述六号桥臂形成第三V字形结构，所述第三V字形结构的顶点形成所述第二公共连接点。
[0013]在一些实施例中，所述一号桥臂、二号桥臂、三号桥臂、四号桥臂、五号桥臂、六号桥臂、七号桥臂、八号桥臂和九号桥臂包括H桥功率模组。
[0014]在一些实施例中，所述一号桥臂、二号桥臂、三号桥臂、四号桥臂、五号桥臂、六号桥臂、七号桥臂、八号桥臂和九号桥臂包括与所述H桥功率模组级联的等效电阻和电感。
[0015]在一些实施例中，所述一号桥臂的H桥功率模组、四号桥臂的H桥功率模组及七号桥臂的H桥功率模组与所述第一公共连接点连接；所述三号桥臂的H桥功率模组、六号桥臂的H桥功率模组及九号桥臂的H桥功率模组与所述第二公共连接点连接；所述二号桥臂的H桥功率模组、五号桥臂的H桥功率模组及八号桥臂的H桥功率模组与所述第三公共连接点连接。
[0016]在一些实施例中，所述一号桥臂的等效电阻、二号桥臂的等效电阻及三号桥臂的等效电阻与所述第一频率三相电网连接；所述四号桥臂的等效电阻、五号桥臂的等效电阻及六号桥臂的等效电阻与所述第二频率三相电网连接；所述七号桥臂的等效电阻与第二公共连接点连接，所述八号桥臂的等效电阻与所述第一公共连接点连接，所述九号桥臂的等效电阻与所述第三公共连接点连接。
[0017]在一些实施例中，所述一号桥臂、二号桥臂、三号桥臂、四号桥臂、五号桥臂、六号桥臂、七号桥臂、八号桥臂和九号桥臂的电感分别与所述等效电阻和所述H桥功率模组串联。
[0018]在一些实施例中，H桥功率模组采用模块化多电平设计技术，易于通过级联实现高电压及大功率应用场合。
[0019]在一些实施例中，所述一号桥臂、二号桥臂、三号桥臂、四号桥臂、五号桥臂和六号桥臂中包括的H桥功率模组的数量M
i
相同或不相同，其中i为所述第一支路和第二支路中桥臂的编号，i取值为1～6之间的整数；所述七号桥臂、八号桥臂和九号桥臂中包括的H桥功率模组的数量N
j
相同或不相同，其中j为所述三角形回路中桥臂的编号，j取值为7～9之间的整数。
[0020]在一些实施例中，所述H桥功率模组包括可控型功率器件及其反并联二极管和与所述可控型功率器件并联的直流侧储能电容元件。
[0021]在一些实施例中，所述H桥功率模组包括至少四个可控型功率器件。
[0022]在一些实施例中，所述H桥功率模组的交流端输出正直流电容电压、负直流电容电压或零电压。
[0023]在一些实施例中，本申请包括一种模块化多电平交交换频器的控制方法，包括以下步骤：
[0024]提供第一支路，对流过所述第一支路的第一频率电流进行解耦控制；
[0025]提供第二支路，对流过所述第二支路的第二频率电流进行解耦控制；
[0026]提供第三支路，通过所述环流进行功率平衡控制，实现第一频率和第二频率在所述第三支路内的功率耦合。
[0027]在一些实施例中，第三支路还可以进一步起到隔开第一频率和第二频率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平交交换频器，其特征在于，包括：接入第三支路的第一支路和第二支路，所述第一支路与第一频率三相电网连接，用于输入第一频率电流；所述第二支路与第二频率三相电网连接，用于输出第二频率电流；所述第三支路包括三角形回路，所述三角形回路用于同时流过所述第一频率电流、所述第二频率电流以及实现所述三角形回路功率平衡控制的环流；所述三角形回路的三个顶点分别形成三个公共连接点，所述公共连接点用于接收所述第一频率电流和输出所述第二频率电流；所述环流在所述三角形回路中流通。2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平交交换频器，其特征在于，所述第一支路和所述第二支路形成三对桥臂，每个所述公共连接点分别接入一对所述桥臂。3.根据权利要求1所述的一种模块化多电平交交换频器，其特征在于，所述第一支路包括一号桥臂、二号桥臂和三号桥臂，所述一号桥臂、二号桥臂和三号桥臂的一端与所述第一频率三相电网连接；所述一号桥臂、二号桥臂和三号桥臂的另一端分别接入三个所述公共连接点；所述第二支路包括四号桥臂、五号桥臂和六号桥臂，所述四号桥臂、五号桥臂和六号桥臂的一端分别接入三个所述公共连接点；所述四号桥臂、五号桥臂和六号桥臂的另一端与所述第二频率三相电网连接；所述三角形回路的三条边分别为七号桥臂、八号桥臂和九号桥臂，所述七号桥臂、八号桥臂和九号桥臂中的两两之间形成所述公共连接点。4.根据权利要求3所述的一种模块化多电平交交换频器，其特征在于，所述公共连接点包括第一公共连接点、第二公共连接点和第三公共连接点；所述七号桥臂和所述八号桥臂之间形成所述第一公共连接点，所述八号桥臂和所述九号桥臂之间形成所述第三公共连接点，所述七号桥臂和所述九号桥臂之间形成所述第二公共连接点；所述一号桥臂和所述四号桥臂接入所述第一公共连接点；所述二号桥臂和所述五号桥臂接入所述第三公共连接点；所述三号桥臂和所述六号桥臂接入所述第二公共连接点。5.根据权利要求4所述的一种模块化多电平交交换频器，其特征在于，所述一号桥臂、二号桥臂、三号桥臂、四号桥臂、五号桥臂、六号桥臂、七号桥臂、八号桥臂和九号桥臂包括H桥功率模组。6.根据权利要求5所述的一种模块化多电平交交换频器，其特征在于，所述一号桥臂、二号桥臂、三号桥臂、四号桥臂、五号桥臂、六号桥臂、七号桥臂、八号桥臂和九号桥臂包括与所述H桥功率模组级联的等效电阻和电感。7.根据权利要求5所述的一种模块化多电平交交换频器，其特征在于，所述一号桥臂的H桥功率模组、四号桥臂的H桥功率模组及七号桥臂的H桥功率模组与所述第一公共连接点连接；所述三号桥臂的H桥功率模组、六号桥臂的H桥功率模组及九号桥臂的H桥功率模组与所述第二公共连接点连接；所述二号桥臂的H桥功率模组、五号桥臂的H桥功率模组及八号桥臂的H桥功率模组与所述第三公共连接点连接。8.根据权利要求6所述的一种模块化多电平交交换频器，其特征在于，所述一号桥臂的等效电阻、二号桥臂的等效电阻及三号桥臂的等效电阻与所述第一频率三相电网连接；所述四号桥臂的等效电阻、五号桥臂的等效电阻及六号桥臂的等效电阻与所述第二频率三相电网连接；所述七号桥臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小丹，林艺哲，陆立文，朱海勇，邱德锋，潘磊，姜崇学，邹强，董云龙，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：