一种不对称混合模块化多电平变流器制造技术

技术编号：40992009 阅读：5 留言：0更新日期：2024-04-18 21:33

本发明专利技术涉及换流器拓扑结构技术领域，公开了一种不对称混合模块化多电平变流器。包括A、B、C三相桥臂，且A相桥臂和C相桥臂采用相同的桥臂类型，采用桥臂类型Ⅰ、桥臂类型Ⅱ或桥臂类型Ⅲ的混合型桥臂；B相桥臂采用桥臂类型Ⅳ或桥臂类型Ⅴ的非混合型桥臂。本发明专利技术所提的不对称结构无需在直流侧加装支撑电容，在保持了子模块电容需求小、子模块数少、具备直流短路故障自清除能力的优点之上，进一步提升了系统的功率密度，降低了成本；使得本发明专利技术所提拓扑在新能源直流输出变流站、中压直流微网等场景中具有良好的应用前景。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及换流器拓扑结构，具体为一种不对称混合模块化多电平变流器。

技术介绍

1、以模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)为基础的柔性直流输电技术以其高度模块化、易扩展性和高可靠性等优点，在跨区域电网互联和新能源远距离送出等场景中取得了广泛研究及越来越多的工程应用。然而，现阶段典型半桥型mmc换流站存在子模块个数多、电容需求大、需配置直流断路器的缺陷，带来变流器功率密度低、建造成本高、系统结构复杂的技术瓶颈。随着海上风电场、沙戈荒光伏电站和柔性电网互联的发展推进，未来对高压直流输电换流站的建设需求将愈发旺盛，迫切需要探索mmc换流站轻型化、低成本化的新型拓扑及控制技术。

2、国内外对mmc拓扑的研究，主要集中在以下三个层面。首先是对子模块拓扑的改进，研究目标在于利用尽量少的器件实现如直流故障清除、更多电平数、硬件并联均压等功能集成；其次是子模块混合型拓扑，利用不同子模块混合，以兼顾系统功能性(例如直流故障自清除)及经济性；最后是混合型拓扑，利用两电平或三电平开关投切多电平子模块，以降低子模块电容量及个数需求。混合型拓扑也是目前轻型化程度及经济性最高的一类方案，发展出了如桥臂交替变流器(alternate arm converter aac)、混合模块化多电平变流器(hmc hybrid multilevel convertor)、并联混合变流器(phc parallel hybridconverter)、串联桥变流器(sbc series bridge conver

技术实现思路

1、针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种不对称混合模块化多电平变流器，在保持子模块电容需求小、子模块数少、具备直流短路故障自清除能力的优点之上，进一步提升系统的功率密度，降低成本。技术方案如下：

2、一种不对称混合模块化多电平变流器，包括a、b、c三相桥臂，且a相桥臂和c相桥臂采用相同的桥臂类型，采用桥臂类型ⅰ、桥臂类型ⅱ或桥臂类型ⅲ的混合型桥臂；b相桥臂采用桥臂类型ⅳ或桥臂类型ⅴ的非混合型桥臂；

3、所述桥臂类型ⅰ包括一个半桥子模块，以及方向开关s1、s2、s3和s4；方向开关s1、半桥子模块和方向开关s2依次串联于变流器直流侧正极与负极之间；方向开关s3一端连接到方向开关s1与半桥子模块之间，另一端连接到交流侧滤波电感；方向开关s4一端连接到半桥子模块与方向开关s2之间，另一端也连接到交流侧滤波电感；

4、所述桥臂类型ⅱ包括一个全桥子模块，以及方向开关s5和s6；方向开关s5和s6串联于变流器直流侧正极与负极之间，全桥子模块一端连接到方向开关s5和s6之间，另一端连接到交流侧滤波电感；

5、所述桥臂类型ⅲ包括上下桥臂的全桥子模块，以及方向开关s7和s8；第一个全桥子模块、方向开关s7、s8和第二个全桥子模块依次串联于变流器直流侧正极与负极之间；交流侧滤波电感连接到方向开关s7和s8之间；

6、所述桥臂类型ⅳ包括上下桥臂的半桥子模块，上下桥臂的半桥子模块串联于变流器直流侧正极与负极之间，交流侧滤波电感连接到两个半桥子模块之间；

7、所述桥臂类型ⅴ包括上下桥臂的全桥子模块，上下桥臂的全桥子模块串联于变流器直流侧正极与负极之间，交流侧滤波电感连接到两个全桥子模块之间。

8、进一步的，所述方向开关采用串联的igbt、串联的mosfet、串联的晶闸管加反并联二极管或串联的igct。

9、更进一步的，所述半桥子模块为顺向串联或级联的半桥子模块。

10、更进一步的，所述全桥子模块为顺向串联或级联的全桥子模块。

11、本专利技术的有益效果是：本专利技术所提的不对称结构无需在直流侧加装支撑电容，在保持了子模块电容需求小、子模块数少、具备直流短路故障自清除能力的优点之上，进一步提升了系统的功率密度，降低了成本；使得本专利技术所提拓扑在新能源直流输出变流站、中压直流微网等场景中具有良好的应用前景。

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【技术保护点】

1.一种不对称混合模块化多电平变流器，其特征在于，包括A、B、C三相桥臂，且A相桥臂和C相桥臂采用相同的桥臂类型，采用桥臂类型Ⅰ、桥臂类型Ⅱ或桥臂类型Ⅲ的混合型桥臂；B相桥臂采用桥臂类型Ⅳ或桥臂类型Ⅴ的非混合型桥臂；

2.根据权利要求1所述的不对称混合模块化多电平变流器，其特征在于，所述方向开关采用串联的IGBT、串联的MOSFET、串联的晶闸管加反并联二极管或串联的IGCT。

3.根据权利要求1所述的不对称混合模块化多电平变流器，其特征在于，所述半桥子模块为顺向串联或级联的半桥子模块。

4.根据权利要求1所述的不对称混合模块化多电平变流器，其特征在于，所述全桥子模块为顺向串联或级联的全桥子模块。

【技术特征摘要】

1.一种不对称混合模块化多电平变流器，其特征在于，包括a、b、c三相桥臂，且a相桥臂和c相桥臂采用相同的桥臂类型，采用桥臂类型ⅰ、桥臂类型ⅱ或桥臂类型ⅲ的混合型桥臂；b相桥臂采用桥臂类型ⅳ或桥臂类型ⅴ的非混合型桥臂；

2.根据权利要求1所述的不对称混合模块化多电平变流器，其特征在于，所述方向开关采用串联的i...

【专利技术属性】
技术研发人员：王顺亮，张芮，马俊鹏，王鹏，刘天琪，廖鑫，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：

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