[发明专利]基于循环嵌套机理的模块化多电平换流器结构的拓扑方法

说明书

技术领域

本发明属于输配电技术领域，特别涉及一种基于循环嵌套机理的模块化多电平换流器结构的拓扑方法。

背景技术

近年来，高电压大功率的全控型电力电子器件(如IGBTs和IGCTs)在远距离输电系统和低压配电网络中得到广泛使用，其主要应用领域为基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)技术。与传统的两电平和三电平VSC-HVDC相比，由西门子公司提出的模块化多电平换流器——MMC(子模块为半桥结构)拓扑具有无需大量IGBT直接串联，器件承受电压变化率低，电磁干扰小等优点。同时，在同等电压等级下，由于它需要两倍的开关器件，且需要对分散布置的子模块电容进行电压平衡控制，控制系统需要采集和处理的系统状态量信息将大幅增加，从而使其控制系统变得非常复杂。

世界上第一个商业化运行的MMC-HVDC工程是美国的传斯贝尔(TBC)工程，其额定容量为400MW，直流电压±200kV，每个换流器桥臂中有216个子模块。此外，将于2013年建成的法国到西班牙的MMC-HVDC工程INELFE，额定容量为2×1000MW。实际工程中，为满足直流母线电压、交流输出电压谐波含量等要求，需要采用较高的电平数，所需子模块数也随之大量增加。如TBC工程中，单端就需要216×6＝1296个子模块，为满足子模块均压需要，需采集1296个子模块电容电压以及输出2592路触发脉冲，导致一次系统十分冗杂，控制系统非常繁复。

阿尔斯通公司提出一种模块化多电平换流器与两电平VSC相结合的拓扑结构，能够有效避免换流器直流侧短路时直流侧与交流侧的能量交换。在相同电平数要求下，所需子模块数量减半，但由于子模块采用H桥结构，开关器件用量不变，若考虑两电平VSC所需开关器件，则器件用量将增加，因而控制系统简化效果不明显。

发明内容

本发明的目的是针对模块化多电平换流器实现较高电平数时，一次系统过于冗杂，控制系统过于繁复的技术问题，提出一种基于循环嵌套机理的模块化多电平换流器结构的拓扑方法，其特征在于，模块化多电平换流器结构的拓扑步骤如下：

步骤1，按照换流器交流侧输出电压谐波含量的要求，确定符合要求的输出电平数(N_lout)。循环嵌套层数(H)，各层子模块的个数(M_i)与输出电平数(N_lout)满足如下关系式，并且H和M_i(i＝1，2，…，H)有多种取值组合。

Nlout=Πi=1i=H(Mi+1)---(1)]]>

步骤2，根据换流器输出直流母线电压(U_dc)以及步骤1得到的循环嵌套层数和各层子模块个数，得出各层子模块需设定的子模块电容电压额定值，计算公式如下：

U_sm-i＝U_sm-(i+1)×(M_i+1)(i＝1，2，…，N-1)    (2)