[发明专利]子模块电路及控制方法和模块化多电平换流器

说明书

本发明涉及一种子模块电路。包括主回路和充放电回路；主回路包括一个开关模块，充放电回路包括多条充放电支路和一个支撑电容，充放电支路的每条支路均包括一个辅助电容，任意一条充放电支路导通时，其他充放电支路和所述主回路均断开。上述子模块电路，应用于模块化多电平电压源换流器中，相比于全桥型子模块以及半桥型子模块，大幅提高子模块中电容的利用率，减少了子模块中电容的总体积以及重量，有助于大幅减少子模块以及换流器整体的体积以及质量。本发明还涉及一种子模块电路的控制方法和一种模块化多电平换流器。

技术领域

本发明涉及输配电技术领域，特别是涉及一种子模块电路、子模块电路控制方法和一种模块化多电平换流器。

背景技术

近年来，模块化多电平换流器发展迅速，已经成功地应用在长远距离高压直流输电系统以及海上新能源发电(包括风力发电以及海浪发电)并网系统等大容量高电压输变电领域。而随着技术的发展，模块化多电平换流器已逐渐向小型化发展。

模块化多电平换流器是由多个结构相同的子模块级联构成的，由于半桥子模块的结构简单、成本低、损耗小，目前的模块化多电平换流器子模块多采用半桥子模块。在理想情况下，模块化多电平换流器子模块的电容需要同时满足两个条件：第一，需要足够大的电容容值以限制纹波电压；第二，需要其允许足够大的纹波电流以避免电容过热。在实际运用中，这两个条件总不能被同时满足，而为了使子模块的电容可以吸收低次的谐波以平衡交流侧以及直流侧的波动功率，通常会按照纹波电压来设置电容容值，而该方式不仅使子模块中的电容得不到充分利用，同时也增大了电容体积和重量，使具有该电容的子模块的体积和重量过大，从而使模块化多电平换流器无法满足小型化需求。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种子模块电路及控制方法和模块化多电平换流器，不仅可以充分利用子模块的电容，而且可以降低子模块的体积和重量。

一方面提供一种子模块电路，包括：主回路和充放电回路；所述主回路包括一个开关模块；所述充放电回路包括多条充放电支路和一个支撑电容，各条充放电支路并联后与所述支撑电容串联；任意一条充放电支路导通时，其他充放电支路和所述主回路均断开；

主回路的两端分别与充放电支路和支撑电容连接；所述主回路与所述充放电支路连接的一端为子模块的第一端；

每条充放电支路包括一个辅助电容，且各个辅助电容的初始电压不同；充电时，多条充放电支路按照其辅助电容的初始电压从大到小的顺序依次导通，电流从所述第一端流入，对所述支撑电容和当前导通的充放电支路中的辅助电容进行充电；放电时，多条充放电支路按照所述各辅助电容的初始电压从小到大的顺序依次导通，所述支撑电容和当前导通的充放电支路中的辅助电容放电，放电电流从所述第一端流出。

另一方面提供一种自模块电路的控制方法，所述控制方法包括：

旁路态时，控制所述主回路导通，所述充放电回路中各条充放电支路均断开；

工作态时，控制所述主回路断开，并按辅助电容初始电压从大到小依次导通各条放电支路，以对充放电回路中的支撑电容以及导通的充放电支路中的辅助电容进行充电；当所有充放电支路充电完成后，控制所述充放电回路进入放电过程，在所述放电过程中按辅助电压从小到大依次导通各条充放电支路，以通过充放电回路中的支撑电容以及导通的放电支路中的辅助电容进行放电。

再一方面提供一种模块化多电平换流器，包括所述的子模块电路。

上述实施例，应用于模块化多电平电压源换流器中，相比于全桥型子模块以及半桥型子模块，大幅提高子模块中电容的利用率，减少了子模块中电容的总体积以及重量，有助于大幅减少子模块以及换流器整体的体积以及质量。

附图说明

图1为一个实施例中子模块电路的结构示意图；

图2为一个实施例中子模块电路处于工作态和旁路态时的电流方向图；