[發(fā)明專利]一種模塊化多電平換流器模塊冗余配置電路及其控制方法

無效

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• 申請日: 2014-01-13
• 公開（公告）號: CN103746575A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚風(fēng)雷;滕春陽;苗振林
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種模塊化多電平換流器模塊冗余配置電路及其控制方法。

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背景技術(shù)

柔性直流輸電技術(shù)是一種基于電壓源型換流器的新型高壓直流輸電(HVDC)技術(shù)，隨著高壓直流輸電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使得柔性直流輸電技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注，目前已經(jīng)取得了很多成果，進(jìn)而也促進(jìn)了高壓直流輸電系統(tǒng)的快速發(fā)展。模塊化多電平(MMC)技術(shù)作為一種新型的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，憑借其結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域有著較好的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)多電平換流器的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有以下三種：二極管鉗位型、電容器鉗位型和H橋級聯(lián)型。二極管鉗位型需要大量鉗位二極管，直流側(cè)電壓均衡問題復(fù)雜；電容器鉗位型需要大量電容器，換流器控制復(fù)雜。這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電平擴(kuò)展難度大，難以適用于高壓場合。H橋級聯(lián)型拓?fù)涫钱?dāng)今國內(nèi)外多電平領(lǐng)域的主流結(jié)構(gòu)，該拓?fù)鋽U(kuò)展靈活，不存在電容器均壓問題，具有高度的穩(wěn)定性和可靠性。但在高壓變頻領(lǐng)域，該拓?fù)湫枰捎靡葡嘧儔浩鳎圃祀y度、成本、體積大大增加，在一定程度上也限制了H橋級聯(lián)型拓?fù)涞倪M(jìn)一步應(yīng)用。模塊化多電平技術(shù)，克服了傳統(tǒng)多電平技術(shù)的缺點(diǎn)，借助其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，高度模塊化，集成度高，拓展容易，冗余設(shè)計簡單，無需輔助均壓設(shè)備，降低了控制復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)化了硬件成本。因此，模塊化多電平技術(shù)在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注，有著巨大的應(yīng)用前景。?

柔性直流輸電技術(shù)主要是應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)中，長期、穩(wěn)定的運(yùn)行是該技術(shù)的關(guān)鍵。該技術(shù)的核心部分就是模塊化多電平技術(shù)，如何保證模塊化多電平換流器模塊的正常、可靠地工作將是一個重要的課題。實(shí)際上，隨著模塊化多電平換流器模塊數(shù)量的增加，使用時間的加長，模塊器件的損壞是不可不免的，如何在模塊損壞后，還能夠使得模塊化多電平換流器繼續(xù)正常工作，否則將會影響輸配電系統(tǒng)，對電網(wǎng)造成損失，因此這是一個十分關(guān)鍵的問題。再次背景之下，模塊冗余的思想就應(yīng)運(yùn)而生，通過配置一定數(shù)量的冗余模塊，當(dāng)某些模塊損壞后，立即投入冗余模塊，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但是，模塊冗余數(shù)量的選擇又成為了一個難題，冗余模塊數(shù)量配置越多，系統(tǒng)可靠性越高，但是成本較高，冗余模塊利用率較差，不經(jīng)濟(jì)；冗余模塊數(shù)量配置越少，成本較低，但是系統(tǒng)的可靠性得不到保障。因此，合理有效的配置模塊冗余數(shù)量就變得十分重要了。但是，目前并沒有具體、有效的模塊冗余配置方法。

針對模塊冗余數(shù)量的配置方法，當(dāng)前在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域中，主要是根據(jù)保守原則，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況來選擇模塊冗余數(shù)量。目前，模塊冗余數(shù)量的配置研究較少，相關(guān)文獻(xiàn)不多，相關(guān)文獻(xiàn)給出了模塊冗余數(shù)量的大概范圍，但是依然需要結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。在現(xiàn)有的模塊冗余配置中，冗余模塊結(jié)構(gòu)保持不變，每個模塊由二個功率開關(guān)、二個反并聯(lián)二極管和一個電容器構(gòu)成，但是考慮到電容器不易損壞，可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于功率開關(guān)和二極管，本發(fā)明提供了一種基于共用直流穩(wěn)壓電容器的模塊化多電平換流器模塊冗余配置電路。該電路將工作電路與冗余電路共用直流穩(wěn)壓電容器，有效節(jié)約一個電容器，還可以工作于三種工作模式，極大的提高了系統(tǒng)的可靠性。

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發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種有效節(jié)約電容器、提高了系統(tǒng)可靠性的模塊化多電平換流器模塊冗余配置電路，同時提供了一種故障電路切換控制方法。???????

技術(shù)方案：本發(fā)明的模塊化多電平換流器模塊冗余配置電路，包括共用直流穩(wěn)壓電容器的工作電路和冗余電路，工作電路的進(jìn)線端和冗余電路的進(jìn)線端通過開關(guān)連接，工作電路和冗余電路均為普通子模塊功率電路。

本發(fā)明的模塊化多電平換流器模塊冗余配置電路中，工作電路包括依次正向串聯(lián)的第一開關(guān)、第一單管功率模塊、第二單管功率模塊和第二開關(guān)，第一單管功率模塊和第二單管功率模塊之間為進(jìn)線端；

冗余電路包括依次正向串聯(lián)的第三開關(guān)、第三單管功率模塊、第四單管功率模塊和第四開關(guān)，第三單管功率模塊和第四單管功率模塊之間為進(jìn)線端；冗余電路的進(jìn)線端通過第五開關(guān)與工作電路的進(jìn)線端連接；

工作電路的第一單管功率模塊通過第一開關(guān)與直流穩(wěn)壓電容器的正極連接，第二單管功率模塊通過第二開關(guān)與直流穩(wěn)壓電容器的負(fù)極連接，冗余電路的第三單管功率模塊通過第三開關(guān)與直流穩(wěn)壓電容器的正極連接，第四單管功率模塊通過第四開關(guān)與直流穩(wěn)壓電容器的負(fù)極連接。

本發(fā)明的基于上述模塊化多電平換流器模塊冗余配置電路進(jìn)行故障電路切換控制的方法，具體包括：