[发明专利]功率因数可调的12脉动基频调制换流器及控制方法

说明书

本发明属于调制换流器领域，具体涉及了一种功率因数可调的12脉动基频调制换流器及控制方法，旨在解决现有的直流输电换流器存在换相失败风险、有功功率和无功功率相互耦合，模块化多电平换流器MMC体积大、重量重、成本高等问题。本发明包括：6脉动晶闸管换流器、一台基于自关断功率半导体器件的主动换相换流器、直流电抗器Ldc1和直流电抗器Ldc2以及变压器T1和变压器T2。6脉动晶闸管换流器和主动换相换流器的开关频率均为交流侧电网频率，6脉动晶闸管换流器交流侧电流滞后于电压，主动换相换流器交流侧电流既可以滞后于交流电压，又可以超前于交流电压。本发明12脉动基频调制换流器具有可以主动调节的功率因数，且结构简单、重量轻、控制方法简单。

技术领域

本发明属于调制换流器领域，具体涉及了一种功率因数可调的12脉动基频调制换流器及控制方法。

背景技术

基于半控型功率半导体器件(晶闸管)构成的电网电压换相换流器(LineCommutated Converter,LCC)结构简单，换流器造价较低，控制相对简单，适用于构建大容量远距离高压直流输电系统，但是电网电压换相换流器LCC存在换相失败的风险，且电网电压换相换流器LCC的有功功率和无功功率相互耦合，需要额外配置数量较多的无功补偿装置。

基于模块化功率模块的多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有模块化结构、输出电压电平数量多、同时具备可靠性强及效率高等优点。模块化多电平换流器可以解决两电平或三电平电压源型换流器在高压场合使用半导体功率器件直接串联存在的动、静态均压困难等问题[1]，但是，随着块化多电平变换器MMC使用功率子模块数目的增加，换流器的体积和重量较为庞大，并且控制系统非常复杂，换流器的制造成本较高。

将模块化多电平变换器与电网电压换相换流器LCC直流侧串联连接，交流侧并联连接，可实现所使用的半导体功率器件数量减少，并且模块化多电平变换器MMC可以为电网电压换相换流器LCC提供无功功率，并降低LCC发生换相失败的概率[2]，但是，由于其使用模块化多电平变换器MMC，存在模块化多电平变换器MMC体积重量庞大，控制复杂，制造成本高等缺点。

以下文献是与本发明相关的技术背景资料：

[1]袁兆祥、胡劲松、齐立忠等，一种海上风电模块化多电平柔性直流输电系统，CN201520107377.7

[2]郭高朋、宋强、刘文华，一种用于串联直流海上风电的混合式并网换流站，CN201710016539.X

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有的直流输电换流器存在换相失败风险、有功功率和无功功率相互耦合，模块化多电平换流器MMC体积大、重量重、成本高等问题，本发明提供了一种功率因数可调的12脉动基频调制换流器，所述功率因数可调的12脉动基频调制换流器包括6脉动晶闸管换流器、基于自关断功率半导体器件的主动换相换流器、直流电抗器Ldc1和直流电抗器Ldc2以及变压器T1和变压器T2；

所述6脉动晶闸管换流器的直流正极端作为所述功率因数可调的12脉动基频调制换流器的直流正极端，并通过所述直流电抗器Ldc1连接至高压直流侧正极；

所述6脉动晶闸管换流器的直流负极端连接至所述基于自关断功率半导体器件的主动换相换流器的正极端；

所述基于自关断功率半导体器件的主动换相换流器的负极端作为所述功率因数可调的12脉动基频调制换流器的直流负极端，通过所述直流电抗器Ldc2连接至高压直流侧负极；

所述功率因数可调的12脉动基频调制换流器的交流端分别通过变压器T1和变压器T2连接至三相交流电网。

在一些优选的实施例中，所述6脉动晶闸管换流器包括桥臂S1、桥臂S2、桥臂S3、桥臂S4、桥臂S5和桥臂S6；