[發明專利]對偶單極電壓模塊鏈及其混合多電平變流器

有效

• 申請號: 201611148476.5
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106787877B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 魏應冬;于心宇;姜齊榮;劉蓁;張樹卿
• 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

本發明提出的對偶單極電壓模塊鏈及其混合多電平變流器，屬于電力電子技術和電力輸配電領域，所述對偶單級電壓模塊鏈由N₁個正極性單極電壓模塊和N₂個負極性單極電壓模塊的共計N個單極電壓模塊依次串聯構成，通過雙向電流時具備雙極性電壓輸出能力；基于該模塊鏈的混合多電平變流器至少包括兩個相同的相，每相包括一個對偶單極電壓模塊鏈、三電平橋臂和電抗器；其中，對偶單極電壓模塊鏈的一個端口接入三電平橋臂中點，對偶單極電壓模塊鏈的另一端口接入電抗器的一端，電抗器的另一端接入交流電壓；本發明能夠以較低的工程成本和緊湊的占地空間，實現寬范圍的交?直流變換，轉換效率高，諧波特性好，并具備直流故障穿越的能力。

技術領域

本發明屬于電力電子技術和電力輸配電領域，特別涉及一種對偶單極電壓模塊鏈及其混合多電平變流器。

背景技術

應用在柔性直流輸電、電機驅動等領域的傳統兩電平、三電平變流器，常常采用兩相或三相結構，實現交流-直流的功率轉換；在高壓應用場合，會結合全控開關器件(典型如絕緣柵雙極型晶體管，IGBT)的串聯技術構成高壓兩電平或高壓三電平變流器。這類變流器存在的主要問題是由于電平數目少，為獲得較好的輸出諧波特性，需要大幅度提高開關頻率，但隨之帶來開關損耗激增的缺點，限制了開關頻率的進一步提高；同時，此類變流器在直流側發生短路故障時，無法通過閉鎖全控開關器件實現對直流故障電流的抑制，必須增加其他輔助設備實現直流故障閉鎖。以在高壓柔性直流輸電工程上普遍采用的兩/三電平拓撲變流器為例，由于輸出諧波特性差，電壓變化率(dv/dt)高，需要安裝專門的交流濾波裝置，且開關損耗大、轉換效率低；同時由于不具備直流故障閉鎖或直流故障穿越的能力，往往必須采用成本高昂的直流電纜或配備直流斷路器。

與傳統的兩電平、三電平變流器相比，模塊化多電平變流器(MMC)具有可模塊化設計、諧波特性好、dv/dt低、開關頻率低、損耗小等優點，克服了兩/三電平變流器的絕大部分缺點，因而在高壓柔性直流輸電、高壓電機驅動、冶金、風電場低電壓穿越等領域得到了較為廣泛的研究和應用。但相對而言，MMC也存在使用器件數和電容數較多的缺點，不但工程造價顯著提高，由于所需的電容數量多、體積大，還大幅增加了變流器整體的體積和占地面積。另一方面，目前投運的MMC工程基本上采用半橋模塊結構，即MMC的每相橋臂均由相同數量的半橋模塊級聯而成。與兩/三電平變流器相同，半橋模塊式MMC也不具有直流故障閉鎖或穿越的能力。