[发明专利]一种串并联多重化结合的模块化多电平换流器

说明书

本发明公开了一种串并联多重化结合的模块化多电平换流器，包括若干子模块，各子模块采用串联多重化的方式连接，其中，各子模块均包括n个半桥模块及n个双耦合电抗器，其中，各子模块中的n个半桥模块及n个双耦合电抗器之间通过并联多重化的方式连接，该换流器能够耐受更大的电流，且谐波性能好，运行效率高。

技术领域

本发明属于大功率电力变换装置设计领域，涉及一种串并联多重化结合的模块化多电平换流器。

背景技术

随着电力电子技术的发展，基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)越来越被关注，相较于LCC-HVDC，VSC-HVDC更为灵活，其交流端口的有功功率与无功功率可以独立调节，实现单位功率因数运行，无需额外的滤波器和无功补偿，这些优点使得其适用于安全高效的电网管理。模块化多电平换流器(MMC)是VSC拓扑中最被关注的，与两电平VSC或者其他多电平换流器相比，MMC有下列显著优点：模块化与可扩展性使其能够满足各种电压等级的要求；降低了功率开关器件和电容器的额定电压以及电压变化率，可靠性高，效率高；提高了设备的电能质量；具备容错能力；具备故障阻断能力，可改善基于MMC的HVDC系统的故障中断性能。因此，MMC成为了高压直流输电系统的核心设备。

但是，受限于子模块中功率开关器件IGBT的最大电流限制，目前的柔性直流输电系统只能通过提高直流电压等级来实现大容量的功率传输，这将增加系统的绝缘和过电压设计的成本。另外，为了应对电力系统调频、调压和短时过载运行的需求，柔性直流输电系统中的MMC换流器迫切需要提高功率运行范围和短时过载能力。最后，与交流系统相比，直流系统的阻抗很低，一旦发生了直流故障，故障扩散将非常快，这使得直流线路故障保护能力的提高成为了关注的重点。由于换流器子模块中IGBT元件的最大电流限制，使得在发生故障时，换流站都是选择闭锁，以保护元件不被大电流损坏，但是如果能够让换流器流过更大的电流，使其能够在故障期间不闭锁而是参与故障的抑制与恢复，那么对于电网的安全稳定运行将能够提供极大的支持。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种串并联多重化结合的模块化多电平换流器，该换流器能够耐受更大的电流，且谐波性能好，运行效率高。

为达到上述目的，本发明所述的串并联多重化结合的模块化多电平换流器包括若干子模块，各子模块采用串联多重化的方式连接，其中，各子模块均包括n个半桥模块及n个双耦合电抗器，其中，各子模块中的n个半桥模块及n个双耦合电抗器之间通过并联多重化的方式连接。

半桥模块为IGBT半桥模块，n个IGBT半桥模块的额定运行电流为单个IGBT半桥模块的额定运行电流的n倍。

用于移相载波调制或者最近电平逼近调制的MMC电路中。

能够作为半桥模块的换流器。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的串并联多重化结合的模块化多电平换流器将串联多重化与并联多重化相结合，使得换流器能够耐受更大的电流，即提高换流器的额定运行电流，使得换流器能够耐受更大的冲击电流，具体的，各子模块采用串联多重化的方式连接，各子模块均包括n个半桥模块及n个双耦合电抗器，n个半桥模块及n个双耦合电抗器之间通过并联多重化的方式连接。需要说明的是，本发明采用并联多重化技术，在原有子模块串联多重化的基础上再次倍频输出，进一步提高输出电压的波形质量，谐波性能好。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明中子模块内部等效电路模型图；

图3为本发明中子模块并联支路电流频谱图；

图4为本发明中子模块输出电流频谱图；

图5a为本发明中子模块并联支路电流波形图；