[发明专利]一种级联式模块化电流源型变流器及其调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及变流器技术领域，具体涉及一种级联式模块化电流源型变流器及其调制方法。

背景技术

传统的变流器拓扑结构和运行技术在高压直流输电应用领域的表现越来越力不从心，为此必须探索新的变流器技术来满足未来能源发展的深刻变化。

目前，组成直流电网的最为常用变流器可分为两种类型：电网电压换相变流器(Line-commutated converter,LCC)和电压源型变流器(Voltage source converter,VSC)。LCC变流器采用半可控的晶闸管，需要交流系统提供换相电压，不能给无源网络供电，连接弱交流系统时容易引起换相失败。VSC变流器能够对有功和无功进行独立控制，但是一般容量较小，且具有难以抑制直流侧故障电流的缺陷。因此，基于VSC的直流电网对直流线路两端的直流断路器要求很高，必须能切除很大的直流故障电流，导致直流断路器过于昂贵。

此外，与VSC成对偶形式的电流源型变流器结构(Current source converter,CSC)，近年来在动态无功补偿、风电并网等领域得到理论发展或工程验证。但是由于其工作损耗相对较大，效率较低，目前其在直流电网领域的应用发展受到了限制。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种级联式模块化电流源型变流器，通过模块化级联结构，使电路随着变流器子模块单元数目的增加，满足直流电压的应用需求。同时能够实现对每个变流器模块的独立控制。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种级联式模块化电流源型变流器，采用模块化结构，包含若干变流器子模块作为被控基本单元，每个子模块单元均可进行独立的控制；

所述子模块之间采用直流侧串联接入直流电网，交流侧通过多绕组变压器分组并联接入交流电网，每个子模块单元内部均包含有直流电感、三相变流桥，以及并联功率开关和二极管；

功率开关和二极管相串联后并联连接于三相变流桥的直流两端，连接点外侧为直流电感。

进一步的，每个子模块中，三相变流桥中及并联功率开关S₁-S₇均采用全控型半导体功率器件，由S₁-S₆和D₁-D₆构成传统三相变流桥结构。

进一步的，在每个变流子模块的调制中，零状态替换规则：使用并联功率开关S₇闭合操作替代传统CSC调制序列中的所有零状态({S₁,S₄}，{S₃,S₆}，{S₅,S₂})，同时保持非零状态的实现方法保持不变，由变流桥中的S1-S6实现，非零状态包括：状态1、状态2、状态3、状态4、状态5和状态6，分别对应开关导通状态{S₁,S₂}，{S₂,S₃}，{S₃,S₄}，{S₄,S₅}，{S₅,S₆}，{S₆,S₁}；零状态为状态7，通过{S₇}闭合导通实现。

进一步的，在每个变流子模块的调制时，将所有零状态即S₇闭合导通配置于不同非零状态的切换之间，使变流桥中功率开关(S₁-S₆)的所有开通与关断动作，均在零电流操作下完成。

进一步的，不同非零状态的切换时间计算为：

其中，T₁和T₂分别为该载波周期内，2个非零状态的时间长度，T_s为载波周期时间长度，不同非零状态的切换时间设为T_act时刻。

进一步的，变流子模块之间的联合操作，应遵循分散零状态原则，通过对调制过程中的三角载波的相角进行时间配置，使不同子模块的调制载波之间存在相位差别，进而令不同子模块的零状态出现在不同时刻，且在每个开关周期内分散交错开。

进一步的，载波配置采用交错PWM技术，令每个模块的载波相角做时间偏移，偏移的时间长度可计算为:

其中，T_s为载波周期时间长度，N为应用的子模块单元数量。