[發明專利]基于循環嵌套機理的模塊化多電平換流器結構的拓撲方法

無效

• 申請號: 201210092389.8
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102611345A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 趙成勇;劉興華;彭茂蘭;張寶順
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于輸配電技術領域，特別涉及一種基于循環嵌套機理的模塊化多電平換流器結構的拓撲方法。

背景技術

近年來，高電壓大功率的全控型電力電子器件(如IGBTs和IGCTs)在遠距離輸電系統和低壓配電網絡中得到廣泛使用，其主要應用領域為基于電壓源換流器的高壓直流輸電(VSC-HVDC)技術。與傳統的兩電平和三電平VSC-HVDC相比，由西門子公司提出的模塊化多電平換流器——MMC(子模塊為半橋結構)拓撲具有無需大量IGBT直接串聯，器件承受電壓變化率低，電磁干擾小等優點。同時，在同等電壓等級下，由于它需要兩倍的開關器件，且需要對分散布置的子模塊電容進行電壓平衡控制，控制系統需要采集和處理的系統狀態量信息將大幅增加，從而使其控制系統變得非常復雜。

世界上第一個商業化運行的MMC-HVDC工程是美國的傳斯貝爾(TBC)工程，其額定容量為400MW，直流電壓±200kV，每個換流器橋臂中有216個子模塊。此外，將于2013年建成的法國到西班牙的MMC-HVDC工程INELFE，額定容量為2×1000MW。實際工程中，為滿足直流母線電壓、交流輸出電壓諧波含量等要求，需要采用較高的電平數，所需子模塊數也隨之大量增加。如TBC工程中，單端就需要216×6＝1296個子模塊，為滿足子模塊均壓需要，需采集1296個子模塊電容電壓以及輸出2592路觸發脈沖，導致一次系統十分冗雜，控制系統非常繁復。

阿爾斯通公司提出一種模塊化多電平換流器與兩電平VSC相結合的拓撲結構，能夠有效避免換流器直流側短路時直流側與交流側的能量交換。在相同電平數要求下，所需子模塊數量減半，但由于子模塊采用H橋結構，開關器件用量不變，若考慮兩電平VSC所需開關器件，則器件用量將增加，因而控制系統簡化效果不明顯。

發明內容

本發明的目的是針對模塊化多電平換流器實現較高電平數時，一次系統過于冗雜，控制系統過于繁復的技術問題，提出一種基于循環嵌套機理的模塊化多電平換流器結構的拓撲方法，其特征在于，模塊化多電平換流器結構的拓撲步驟如下：

步驟1，按照換流器交流側輸出電壓諧波含量的要求，確定符合要求的輸出電平數(N_lout)。循環嵌套層數(H)，各層子模塊的個數(M_i)與輸出電平數(N_lout)滿足如下關系式，并且H和M_i(i＝1，2，…，H)有多種取值組合。

Nlout=Πi=1i=H(Mi+1)---(1)]]>

步驟2，根據換流器輸出直流母線電壓(U_dc)以及步驟1得到的循環嵌套層數和各層子模塊個數，得出各層子模塊需設定的子模塊電容電壓額定值，計算公式如下：

U_sm-i＝U_sm-(i+1)×(M_i+1)(i＝1，2，…，N-1)????(2)