[发明专利]一种换流器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子领域，特别涉及一种换流器及其控制方法。

背景技术

模块化多电平换流器是近几年备受关注的一种新型适用于高压应用场合的换流器，它采用子模块级联的方式，通过分别控制每个子模块的状态，可以使换流器输出的交流电压逼近正弦波，从而降低输出电压中的谐波含量，它的出现解决了两电平电压源换流器存在的串联均压问题，具有广阔的应用前景。

Marquardt Rainer的“分布式能源存储与转换器电路”最早提及了一种模块化多电平换流器（MMC）（专利申请公布号：DE10103031A），该换流器的子模块采用半桥与电容器并联组成，在子模块的输出端口可通过控制产生电容电压或0电压两种电平。2010年，由西门子公司承建的全世界第一个采用这种拓扑结构的柔性直流输电工程Trans Bay工程的成功投运，证明了这种换流器拓扑结构的工程应用可行性。

ABB公司在模块化多电平换流器拓扑结构的基础上对该结构进行了修改，提出了一种级联两电平模块化多电平拓扑结构（专利申请公布号：US20100328977A1），该换流器与上述模块化多电平换流器的区别在于子模块的连接方式相反。

上述两种模块化多电平换流器存在的缺点在于，直流网络发生故障时交流网络可以通过子模块的二极管向故障点提供故障电流，从而造成交、直流侧及换流阀的过流，因此必须通过跳进线开关的方式清除直流故障。在直流网络发生瞬时故障时，所有与其连接的上述两种模块化多电平换流器也需要跳交流进线开关，重新恢复输电的时间将较长。

ALSTOM公司提出了一种新型的拓扑结构（专利申请公布号：US20120113699A1），称为桥臂切换多电平换流器（AAMC），该换流器的每个桥臂由N个全桥子模块级联构成可控电压源，M个IGBT开关串联作为桥臂切换开关。该换流器通过串联的M个IGBT开关轮流将上下桥臂的级联全桥子模块投入交流网络，在直流网络发生故障时将换流器切换至STATCOM运行方式而阻断交流网络向故障点提供故障电流的路径，不会引起直流侧过电流。但是这种换流器控制方法较复杂，需要对换流阀注入三次谐波电流，且直流侧存在6n次谐波。该拓扑结构及其控制方法还有待工程验证。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种换流器及其控制方法，其在直流故障闭锁换流器时可以防止交流系统向直流网络注入故障电流，不需要跳交流进线开关即可清除直流网络的瞬时性故障，从而快速重启系统。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种换流器，包括至少一个相单元，各相单元均包括上桥臂和下桥臂，所述上、下桥臂均包括相互串联的至少两个子模块和至少一个电抗器，所述同一桥臂中的所有子模块同向连接，且上、下桥臂中的子模块连接方向相反，且上、下桥臂的一端分别作为该相单元的第一、二直流端点，用以接入直流网络中，而上、下桥臂的另一端相互短接作为该相单元的交流端点，用以接入交流网络中；所述子模块包括3个带反并联二极管的可关断器件、一个二极管和一个储能元件，所述子模块采用下述两种拓扑结构中的任一种：

i）第一可关断器件的负极与第二可关断器件的正极连接，且该连接点作为子模块的第一端点，所述第一可关断器件的正极经由储能元件连接第二可关断器件的负极；所述第一可关断器件的正极还连接二极管的阴极，所述二极管的阳极连接第三可关断器件的正极，且该连接点作为子模块的第二端点；所述第三可关断器件的负极连接至第二可关断器件的负极；

ii）第三可关断器件的负极连接二极管的阴极，且该连接点作为子模块的第一端点，所述第三可关断器件的正极经由储能元件连接二极管的阳极；所述第三可关断器件的正极还连接第二可关断器件的正极，所述第二可关断器件的负极连接第一可关断器件的正极，且该连接点作为子模块的第二端点，所述第一可关断器件的负极连接至二极管的阳极。

上述可关断器件采用单个可控开关器件或由至少两个可控开关器件串联而成。

上述可控开关器件采用IGBT、IGCT、MOSFET或GTO。

上述可关断器件为IGBT时，所述正极为其集电极，所述负极为其发射极；上述可关断器件为IGCT或GTO时，所述正极为其阳极，所述负极为其阴极；上述可关断器件为MOSFET时，所述正极为其漏极，所述负极为其源极。

上述子模块可并联保护单元，保护单元的第一端点连接所述子模块的第一端点，保护单元的第二端点连接所述子模块的第二端点；所述保护单元采用下述三种拓扑结构的一种：