[實(shí)用新型]一種模塊化多電平換流器及換流器模塊

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520890057.3
• 申請(qǐng)日: 2015-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN205105115U
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝曄源;曹冬明;田杰;姜田貴;朱銘煉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/00
• 分類號(hào): H02M7/00;H02M1/32
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種換流器模塊，還涉及一種模塊化多電平換流器，屬于換流器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

柔性直流輸電系統(tǒng)的核心是基于全控器件的電壓源變流器。多電平技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高壓大容量電壓源變流器的優(yōu)選方案。相對(duì)于二電平換流器，多電平換流器可以使用低壓器件實(shí)現(xiàn)高電壓等級(jí)輸出，而并不需要開關(guān)器件的直接串聯(lián)。近幾年來，模塊化多電平換流器（ModularMultilevelConverter，MMC）的出現(xiàn)使多電平換流器在柔性直流輸電領(lǐng)域也得到了成功的應(yīng)用。模塊化多電平換流器的換流器采用模塊化設(shè)計(jì)，由若干個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的基本單元模塊串聯(lián)構(gòu)成，每一個(gè)模塊稱為換流器模塊單元，通過增加換流器中的串聯(lián)模塊個(gè)數(shù)和電流水平，可以應(yīng)用于不同的電壓及功率等級(jí)場(chǎng)合。

針對(duì)模塊化多電平換流器，可以選用半橋模塊單元、全橋模塊單元、以及箝位雙模塊單元作為基本單元，然而以上模塊單元均存在各自的問題：比如半橋模塊單元無法有效處理直流故障的固有缺陷，當(dāng)換流器直流側(cè)發(fā)生故障時(shí)，由于全控器件的反并聯(lián)續(xù)流二極管容易構(gòu)成故障點(diǎn)與交流系統(tǒng)直接連通的能量饋送回路，無法單純依靠換流器動(dòng)作完成直流側(cè)故障電流的清除，只能依靠交流設(shè)備切斷與交流系統(tǒng)的連接。

全橋模塊單元由四只全控開關(guān)和直流支撐電容組成，相較傳統(tǒng)半橋模塊，使用的開關(guān)器件多一倍，模塊輸出直流電容電壓或旁路時(shí)均同時(shí)有兩個(gè)全控開關(guān)流過電流，損耗也大一倍。

箝位雙模塊為兩個(gè)傳統(tǒng)半橋模塊通過一個(gè)全控開關(guān)和兩個(gè)箝位二極管級(jí)聯(lián)而成，相較全橋模塊有效減少了全控開關(guān)數(shù)量，降低了運(yùn)行損耗，但該單元在直流故障時(shí)，箝位雙模塊的兩個(gè)直流支撐電容并聯(lián)投入到交流系統(tǒng)電壓和故障點(diǎn)之間，模塊直流電壓的上升較慢，清除故障的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種換流器模塊，解決現(xiàn)有技術(shù)中快速清除直流短路故障時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、損耗較大的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種換流器模塊，包括第一引出端X1、第二引出端X2、第一半橋20和第二半橋21，所述第一半橋20、第二半橋21分別包括有各自的開關(guān)單元、開關(guān)模塊和儲(chǔ)能元件，所述開關(guān)模塊與儲(chǔ)能元件串聯(lián)后，并聯(lián)在開關(guān)單元的兩端；

所述換流器模塊包括如下四種連接方式中的任一種：

第一種：所述開關(guān)單元包括一個(gè)開關(guān)單元子模塊或兩個(gè)反向串聯(lián)的開關(guān)單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3、二極管D4；

所述二極管D3的陽極與第一引出端X1連接，陰極與第一半橋20中開關(guān)模塊和儲(chǔ)能元件C1的電接點(diǎn)連接；

所述二極管D4的陰極與第二引出端X2連接，陽極與第二半橋21中開關(guān)模塊和儲(chǔ)能元件C2的電接點(diǎn)連接；

第二種：所述開關(guān)單元包括一個(gè)開關(guān)單元子模塊或兩個(gè)反向串聯(lián)的開關(guān)單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3；

所述二極管D3的陽極與第一引出端X1連接，陰極與第一半橋20中開關(guān)模塊和儲(chǔ)能元件C1的電接點(diǎn)連接；

第三種：所述開關(guān)單元包括一個(gè)開關(guān)單元子模塊或兩個(gè)反向串聯(lián)的開關(guān)單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D4；

所述二極管D4的陰極與第二引出端X2連接，陽極與第二半橋21中開關(guān)模塊和儲(chǔ)能元件C2的電接點(diǎn)連接；

第四種：所述開關(guān)單元包括兩個(gè)反向串聯(lián)的開關(guān)單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3、二極管D4；

所述二極管D3的陽極與第二半橋21中開關(guān)單元的兩開關(guān)單元子模塊的電節(jié)點(diǎn)連接，陰極與第一半橋20中開關(guān)模塊和儲(chǔ)能元件C1的電接點(diǎn)連接；

所述二極管D4的陰極與第一半橋20中開關(guān)單元的兩開關(guān)單元子模塊的電節(jié)點(diǎn)連接，陽極與第二半橋21中開關(guān)模塊和儲(chǔ)能元件C2的電接點(diǎn)連接。

所述開關(guān)模塊包括：第一開關(guān)管和反向并聯(lián)在第一開關(guān)管集電極與發(fā)射極之間的第一續(xù)流二極管；

所述第一半橋20中第一開關(guān)管的發(fā)射極與第二引出端X2連接，集電極與第一半橋中儲(chǔ)能元件C1的正極連接；

所述第二半橋21中第一開關(guān)管的集電極與第一引出端X1連接，發(fā)射極與第二半橋中儲(chǔ)能元件C2的負(fù)極連接。

所述開關(guān)單元子模塊包括第二開關(guān)管和反向并聯(lián)在第二開關(guān)管集電極與發(fā)射極之間的第二續(xù)流二極管。