[发明专利]一种轻型化直流换流器及其调制方法

说明书

本发明公开了一种轻型化直流换流器及其调制方法，该轻型化直流换流器包括6个桥臂，每个桥臂包括m个A类子模块、n个B类子模块、r个C类子模块以及1个电抗器。B类子模块的电容电压是A类子模块电容电压的2倍，C类子模块的电容电压是A类子模块电容电压的3倍。根据每个桥臂的电压参考值和桥臂电流的方向，可以计算并确定具体需要投入的各类子模块。本发明具有以下优点：可以减少直流换流器建造所需的子模块数量，显著降低工程造价，减少投资成本；可以减小子模块电容的容值，有利于减少换流器占地面积，减轻换流器重量，进一步提升系统的经济性。

技术领域

本发明涉及电力电子系统技术领域，具体涉及一种轻型化直流换流器及其调制方法。

背景技术

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的柔性直流换流器是直流输电系统的核心设备，高压大容量柔性直流输电工程的建设对更高电压等级、更大容量的柔性直流换流阀的研制提出了迫切需求。对比国内的±500kV/3000MW柔直换流阀、±320kV/1000MW柔直换流阀以及±200kV/400MW柔直换流阀可知：±200kV/400MW柔直换流阀一个单元的总重量6×57吨，占地面积34×22m(长×宽)，成本约2亿元；±320kV/1000MW柔直换流阀一个单元总重量6×69吨，占地面积39.87×22m(长×宽)，成本约4亿元；±500kV/3000MW柔直换流阀一个单元的总重量6×120吨，占地面积58m×21m(长×宽)，成本约9亿元。

由上述对比分析可知，随着电压等级、系统容量的提升，柔性直流换流阀的重量、体积和成本会大大增加，从而限制了柔性直流输电技术的推广应用。需要指出的是，基于MMC拓扑结构的柔性直流换流阀的基本单元为子模块，子模块中电容成本与绝缘栅双极型晶体管IGBT器件成本相近，体积达到子模块体积的60％，重量更是达到子模块重量的70％。因此，以电容为突破口，开展直流换流器轻型化关键技术的研究，有利于减少换流器占地面积、减轻换流器重量、提升系统的经济性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种轻型化直流换流器及其调制方法。本发明通过对直流换流器拓扑结构的改进，减小子模块电容值，从而减轻换流器重量，实现直流换流器的轻型化。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种轻型化直流换流器，所述轻型化直流换流器包括6个桥臂，分别为第一、第二、第三、第四、第五和第六桥臂，每个桥臂均包括m个A类子模块、n个B类子模块、r个C类子模块以及1个电抗器，m个A类子模块串联之后的低压端对应桥臂的S端口，m个A类子模块串联之后的高压端与n个B类子模块串联之后的低压端相连，n个B类子模块串联之后的高压端与r个C类子模块串联之后的低压端相连，r个C类子模块串联之后的高压端与电抗器的一端相连，电抗器的另一端对应桥臂的L端口；其中，第一桥臂的S端口与第四桥臂的S端口以及a相交流线路相连，第二桥臂的S端口与第五桥臂的S端口以及b相交流线路相连，第三桥臂的S端口与第六桥臂的S端口以及c相交流线路相连，第一桥臂的L端口与第二桥臂的L端口、第三桥臂的L端口以及正极直流线路相连，第四桥臂的L端口与第五桥臂的L端口、第六桥臂的L端口以及负极直流线路相连。

进一步地，所述A类子模块为浙江大学徐政教授撰写的书籍《柔性直流输电系统》(第2版)第2章提出的半桥子模块。半桥子模块包括2个带反并联二极管的IGBT管Ta、Tb以及1个A类电容，A类电容是指额定电压为1个电平电压的电容，IGBT管Ta的发射极与IGBT管Tb的集电极相连且连接点为A类子模块的高压端，IGBT管Ta的集电极与A类电容的一端相连，IGBT管Tb的发射极与A类电容的另一端相连且连接点为A类子模块的低压端。IGBT管Ta、Tb的门极均接外部控制电路提供的开关控制信号。