[發(fā)明專(zhuān)利]一種級(jí)聯(lián)式模塊化電流源型變流器及其調(diào)制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710093829.4
• 申請(qǐng)日: 2017-02-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106602908B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高峰;王偉琦;王瑞琪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué);國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02M7/48
• 分類(lèi)號(hào): H02M7/48
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變流器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種級(jí)聯(lián)式模塊化電流源型變流器及其調(diào)制方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行技術(shù)在高壓直流輸電應(yīng)用領(lǐng)域的表現(xiàn)越來(lái)越力不從心，為此必須探索新的變流器技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足未來(lái)能源發(fā)展的深刻變化。

目前，組成直流電網(wǎng)的最為常用變流器可分為兩種類(lèi)型：電網(wǎng)電壓換相變流器(Line-commutated converter,LCC)和電壓源型變流器(Voltage source converter,VSC)。LCC變流器采用半可控的晶閘管，需要交流系統(tǒng)提供換相電壓，不能給無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電，連接弱交流系統(tǒng)時(shí)容易引起換相失敗。VSC變流器能夠?qū)τ泄蜔o(wú)功進(jìn)行獨(dú)立控制，但是一般容量較小，且具有難以抑制直流側(cè)故障電流的缺陷。因此，基于VSC的直流電網(wǎng)對(duì)直流線(xiàn)路兩端的直流斷路器要求很高，必須能切除很大的直流故障電流，導(dǎo)致直流斷路器過(guò)于昂貴。

此外，與VSC成對(duì)偶形式的電流源型變流器結(jié)構(gòu)(Current source converter,CSC)，近年來(lái)在動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、風(fēng)電并網(wǎng)等領(lǐng)域得到理論發(fā)展或工程驗(yàn)證。但是由于其工作損耗相對(duì)較大，效率較低，目前其在直流電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種級(jí)聯(lián)式模塊化電流源型變流器，通過(guò)模塊化級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，使電路隨著變流器子模塊單元數(shù)目的增加，滿(mǎn)足直流電壓的應(yīng)用需求。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每個(gè)變流器模塊的獨(dú)立控制。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種級(jí)聯(lián)式模塊化電流源型變流器，采用模塊化結(jié)構(gòu)，包含若干變流器子模塊作為被控基本單元，每個(gè)子模塊單元均可進(jìn)行獨(dú)立的控制；

所述子模塊之間采用直流側(cè)串聯(lián)接入直流電網(wǎng)，交流側(cè)通過(guò)多繞組變壓器分組并聯(lián)接入交流電網(wǎng)，每個(gè)子模塊單元內(nèi)部均包含有直流電感、三相變流橋，以及并聯(lián)功率開(kāi)關(guān)和二極管；

功率開(kāi)關(guān)和二極管相串聯(lián)后并聯(lián)連接于三相變流橋的直流兩端，連接點(diǎn)外側(cè)為直流電感。

進(jìn)一步的，每個(gè)子模塊中，三相變流橋中及并聯(lián)功率開(kāi)關(guān)S₁-S₇均采用全控型半導(dǎo)體功率器件，由S₁-S₆和D₁-D₆構(gòu)成傳統(tǒng)三相變流橋結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，在每個(gè)變流子模塊的調(diào)制中，零狀態(tài)替換規(guī)則：使用并聯(lián)功率開(kāi)關(guān)S₇閉合操作替代傳統(tǒng)CSC調(diào)制序列中的所有零狀態(tài)({S₁,S₄}，{S₃,S₆}，{S₅,S₂})，同時(shí)保持非零狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法保持不變，由變流橋中的S1-S6實(shí)現(xiàn)，非零狀態(tài)包括：狀態(tài)1、狀態(tài)2、狀態(tài)3、狀態(tài)4、狀態(tài)5和狀態(tài)6，分別對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通狀態(tài){S₁,S₂}，{S₂,S₃}，{S₃,S₄}，{S₄,S₅}，{S₅,S₆}，{S₆,S₁}；零狀態(tài)為狀態(tài)7，通過(guò){S₇}閉合導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步的，在每個(gè)變流子模塊的調(diào)制時(shí)，將所有零狀態(tài)即S₇閉合導(dǎo)通配置于不同非零狀態(tài)的切換之間，使變流橋中功率開(kāi)關(guān)(S₁-S₆)的所有開(kāi)通與關(guān)斷動(dòng)作，均在零電流操作下完成。

進(jìn)一步的，不同非零狀態(tài)的切換時(shí)間計(jì)算為：

其中，T₁和T₂分別為該載波周期內(nèi)，2個(gè)非零狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度，T_s為載波周期時(shí)間長(zhǎng)度，不同非零狀態(tài)的切換時(shí)間設(shè)為T(mén)_act時(shí)刻。

進(jìn)一步的，變流子模塊之間的聯(lián)合操作，應(yīng)遵循分散零狀態(tài)原則，通過(guò)對(duì)調(diào)制過(guò)程中的三角載波的相角進(jìn)行時(shí)間配置，使不同子模塊的調(diào)制載波之間存在相位差別，進(jìn)而令不同子模塊的零狀態(tài)出現(xiàn)在不同時(shí)刻，且在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)分散交錯(cuò)開(kāi)。

進(jìn)一步的，載波配置采用交錯(cuò)PWM技術(shù)，令每個(gè)模塊的載波相角做時(shí)間偏移，偏移的時(shí)間長(zhǎng)度可計(jì)算為:

其中，T_s為載波周期時(shí)間長(zhǎng)度，N為應(yīng)用的子模塊單元數(shù)量。