[發(fā)明專利]一種模塊化多電平電壓源換流器子模塊裝置及其控制方法

有效

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• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN103001517A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 溫家良;王秀環(huán);郭高鵬;吳婧;王宇;楊杰;藥濤
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)和電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化多電平電壓源換流器子模塊裝置及其控制方法，尤其涉及一種模塊化多電平電壓源換流器子模塊結(jié)構(gòu)裝置及其控制方法。

背景技術(shù)

由于能源短缺和環(huán)境趨向惡化，大力發(fā)展新能源成為我國發(fā)展的主要方向，柔性直流輸電技術(shù)是新能源并網(wǎng)的主要手段。柔性直流輸電技術(shù)的核心設(shè)備-電壓源控制（VSC）換流閥，目前主要采用模塊化多電平（MMC）結(jié)構(gòu)，它先由可關(guān)斷器件構(gòu)成子模塊，再利用多個(gè)子模塊串聯(lián)組成。

子模塊的結(jié)構(gòu)對于VSC換流閥的性能及控制的復(fù)雜度至關(guān)重要，目前采用的子模塊結(jié)構(gòu)見附圖1，由兩個(gè)IGBT器件和一個(gè)電容器組成半橋結(jié)構(gòu)，通過控制IGBT器件的開通和關(guān)斷輸出電壓。但是隨著電壓等級的提升，裝置占地逐漸增加，主電路結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜度大幅上升，可靠性下降。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種模塊化多電平電壓源換流器子模塊裝置及其控制方法，由該MMC換流器子模塊串聯(lián)形成的MMC換流器，占地面積小，控制復(fù)雜度較低，子模塊間的電容電壓平衡控制容易。為MMC換流器向更高電壓等級發(fā)展提供了一條嶄新的技術(shù)路線。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種模塊化多電平電壓源換流器子模塊裝置，所述子模塊裝置串聯(lián)形成模塊化多電平換流器，所述子模塊裝置包括IGBT模塊和2個(gè)電容器；其改進(jìn)之處在于，所述IGBT模塊的個(gè)數(shù)為4，4個(gè)IGBT模塊與所述2個(gè)電容器組成三電平結(jié)構(gòu)。

其中，將4個(gè)IGBT模塊分別用IGBT模塊I、IGBT模塊II、IGBT模塊III和IGBT模塊IV表示；4個(gè)IGBT模塊組成H橋；所述IGBT模塊I和IGBT模塊III串聯(lián)組成H橋的一個(gè)橋臂；所述IGBT模塊II和IGBT模塊IV串聯(lián)組成H橋的另一個(gè)橋臂；

其中一個(gè)電容器C1連接在IGBT模塊I和IGBT模塊II之間；另一個(gè)電容器C2連接在IGBT模塊III和IGBT模塊IV之間。

其中，所述IGBT模塊I由IGBT器件T1與其反并聯(lián)的二極管D1組成；所述IGBT模塊II由IGBT器件T2與其反并聯(lián)的二極管D2組成；所述IGBT模塊III由IGBT器件T3與其反并聯(lián)的二極管D3組成；所述IGBT模塊IV由IGBT器件T4與其反并聯(lián)的二極管D4組成。

本發(fā)明基于另一目的提供的一種模塊化多電平電壓源換流器子模塊裝置的控制方法，其改進(jìn)之處在于，所述子模塊裝置的控制方法包括：

1）所述IGBT模塊I和III開通，IGBT模塊II和IV關(guān)斷，當(dāng)輸入電流為正時(shí)流過IGBT器件T1和T3；當(dāng)輸入電流為負(fù)時(shí)流過二極管D1和D3，子模塊裝置的輸出電壓U0均為0；

2）所述IGBT模塊I和IV開通，IGBT模塊II和III關(guān)斷，當(dāng)輸入電流為正時(shí)流過IGBT器件T1-二極管D4-電容器C2；當(dāng)輸入電流為負(fù)時(shí)，流過電容器C2-IGBT器件T4-二極管D1，子模塊裝置輸出電壓均為Uc；

3）所述IGBT模塊II和III開通，IGBT模塊I和IV關(guān)斷，當(dāng)輸入電流為正時(shí)，流過電容器C1-二極管D2-IGBT器件T3；當(dāng)輸入電流為負(fù)時(shí)，流過二極管D3-IGBT器件T2-電容器C1，子模塊裝置輸出電壓均為Uc；

4）所述IGBT模塊II和IV開通，IGBT模塊I和III關(guān)斷，當(dāng)輸入電流為正時(shí)，流過電容器C1-二極管D2-二極管D4-電容器C2；當(dāng)輸入電流為負(fù)時(shí)，流過電容器C2-IGBT器件T4-IGBT器件T2-電容器C1，子模塊裝置輸出電壓均為2Uc。

其中，定義所述電容器C1和電容器C2兩端的電壓均為Uc。

與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：

1、本發(fā)明提供了一種優(yōu)化的MMC換流器子模塊裝置結(jié)構(gòu)，由此子模塊裝置結(jié)構(gòu)串聯(lián)形成的MMC換流器，占地面積小，控制復(fù)雜度較低，子模塊間的電容電壓平衡控制容易，為MMC換流器向更高電壓等級發(fā)展提供了一條嶄新的技術(shù)路線。

2、本發(fā)明提供的MMC換流器子模塊通過4個(gè)IGBT的開關(guān)配合來調(diào)整電容C1和C2的電壓平衡，子模塊間的電容電壓平衡控制較簡單；

3、本發(fā)明提供的MMC換流器子模塊與半橋式MMC換流器子模塊相比，本發(fā)明的MMC換流器子模塊由4個(gè)IGBT模塊和兩個(gè)電容構(gòu)成，每個(gè)IGBT模塊所承受的電壓為一倍的電容電壓，輸出電壓為0，Uc和2Uc三種電平；