[發明專利]一種單向電流型模塊化多電平換流器

在審

• 申請號: 201610096450.4
• 申請日: 2016-02-22
• 公開（公告）號: CN105634315A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 楊文博;宋強;劉文華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于電力電子功率變換領域，特別涉及一種單向電流型模塊化多電平換流器。

背景技術

柔性直流輸電已經成為目前最有潛質的新型電力傳輸方式。由于模塊化多電平換流器 具有公共直流端，且有易拓展、有功無功可解耦控制、諧波特性優秀、開關器件損耗小等 特點，十分適用于柔性直流輸電系統。目前模塊化多電平換流器根據所用的子模塊類型主 要可以分為半橋型、全橋型、半橋-全橋混合型和若干種箝位型幾類。在不同類型的模塊 化多電平換流器中，半橋型模塊化多電平換流器具有最低的成本，每個子模塊僅需要兩個 開關管和兩個二極管，但半橋型模塊化多電平換流器的直流電壓輸出范圍較窄，并且不具 有清除直流側暫時性短路故障的能力。全橋型模塊化多電平換流器具有從正額定值至負額 定值的直流電壓輸出范圍，也可以清除直流側暫時性短路故障，但所需的開關管和二極管 數目兩倍于半橋型模塊化多電平換流器；即使是半橋-全橋混合型模塊化多電平換流器， 所需的開關管和二極管數目仍然1.5倍于半橋型模塊化多電平換流器。各種箝位型模塊化 多電平換流器的設計目標一般均為在增加較少的開關管的條件下實現清除直流側暫時性 短路故障的能力，但仍然需要增加開關管，一般所需的開關管數目至少1.25倍于半橋型 模塊化多電平換流器，仍然會帶來明顯的成本增加。

發明內容

本發明的目的是針對現有的全橋和箝位型模塊化多電平換流器成本高、半橋型模塊化 多電平換流器不具備直流側故障清除能力的缺點，提出一種單向電流型模塊化多電平換流 器，采用輸出電流單向、輸出電壓雙向的子模塊結構，使得換流器在保持與半橋型換流器 相似的成本下，獲得直流側暫時性短路故障清除能力和從正額定值至負額定值的直流電壓 輸出能力。

本發明提出的一種單向電流型模塊化多電平換流器，換流器的每一相包括上橋臂和下 橋臂，每個橋臂分別由N個相同的單向電流型子模塊級聯構成，每相的上橋臂下端和下橋 臂上端各通過一個電感連接在一起，電感中點成為該相的交流母線，所有相的上橋臂上端 連接在一起成為直流正母線，所有相的下橋臂下端連接在一起成為直流負母線，其特征在 于，所述的上橋臂和下橋臂分別由N個單向電流型子模塊依次順序級聯而成，所述的單向 電流型子模塊由第一開關、第二開關、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極 管、直流電容組成；所述的第一開關的集電極、第一二極管的陰極、第三二極管的陽極相 互連接后構成單向電流型子模塊的第一端子；所述的第一開關的發射極、第一二極管的陽 極、第四二極管的陽極和直流電容的負極相互連接；所述的第二開關的集電極、第二二極 管的陰極、第三二極管的陰極和直流電容的正極相互連接；所述的第二開關的發射極、第 二二極管的陽極和第四二極管的陰極相互連接構成單向電流型子模塊的第二端子。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種單向電流型模塊化多電平換流器，換流器的每一相包括上橋臂和下橋臂，每個橋 臂分別由N個相同的子模塊級聯構成，每相的上橋臂下端和下橋臂上端各通過一個電感連 接在一起，電感中點成為該相的交流母線，所有相的上橋臂上端連接在一起成為直流正母 線，所有相的下橋臂下端連接在一起成為直流負母線，其特征在于所述的上橋臂和下橋臂 分別由N個單向電流型子模塊依次順序級聯而成，N可以取值為任意不小于1的整數。

所述的單向電流型子模塊由第一開關、第二開關、第一二極管、第二二極管、第三二 極管、第四二極管、直流電容組成；所述的第一開關的集電極、第一二極管的陰極、第三 二極管的陽極相互連接后構成單向電流型子模塊的第一端子；所述的第一開關的發射極、 第一二極管的陽極、第四二極管的陽極和直流電容的負極相互連接；所述的第二開關的集 電極、第二二極管的陰極、第三二極管的陰極和直流電容的正極相互連接；所述的第二開 關的發射極、第二二極管的陽極和第四二極管的陰極相互連接構成單向電流型子模塊的第 二端子。

本發明的有益效果為：本發明提出的單向電流型模塊化多電平換流器，可以在相對于 半橋型換流器不增加開關管、每個子模塊僅增加兩個僅用于不控充電階段的小容量二極管 的前提下，獲得清除直流側暫時性短路故障的能力和從正額定值至負額定值的直流電壓輸 出能力，可以以更低成本實現基于架空線的柔性直流輸電系統和實現常規-柔性混合直流 系統的功率雙向傳輸能力。

附圖說明

圖1是本發明提出的單向電流型模塊化多電平換流器的結構示意圖。