一種模塊化多電平換流器及換流器模塊制造技術

本實用新型專利技術公開了一種換流器模塊，包括第一引出端X1、第二引出端X2、第一半橋和第二半橋，所述第一半橋、第二半橋分別包括有各自的開關單元、開關模塊和儲能元件，所述開關模塊與儲能元件串聯后，并聯在開關單元的兩端。換流器模塊單元能實現清除直流短路故障的功能，運行損耗和故障電流抑制效果綜合性能較好。本實用新型專利技術還公開了一種模塊化多電平換流器，包括至少一個相單元，每個相單元由若干串聯連接換流器模塊組成。模塊化多電平換流器能夠實現交直流之間變換、多電平電壓源和清除直流短路故障的功能，可以用于無功補償設備、有功或無功發生設備、電能回饋等應用。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種換流器模塊，還涉及一種模塊化多電平換流器，屬于換流器

技術介紹
柔性直流輸電系統的核心是基于全控器件的電壓源變流器。多電平技術是實現高壓大容量電壓源變流器的優選方案。相對于二電平換流器，多電平換流器可以使用低壓器件實現高電壓等級輸出，而并不需要開關器件的直接串聯。近幾年來，模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的出現使多電平換流器在柔性直流輸電領域也得到了成功的應用。模塊化多電平換流器的換流器采用模塊化設計，由若干個結構完全相同的基本單元模塊串聯構成，每一個模塊稱為換流器模塊單元，通過增加換流器中的串聯模塊個數和電流水平，可以應用于不同的電壓及功率等級場合。針對模塊化多電平換流器，可以選用半橋模塊單元、全橋模塊單元、以及箝位雙模塊單元作為基本單元，然而以上模塊單元均存在各自的問題:比如半橋模塊單元無法有效處理直流故障的固有缺陷，當換流器直流側發生故障時，由于全控器件的反并聯續流二極管容易構成故障點與交流系統直接連通的能量饋送回路，無法單純依靠換流器動作完成直流側故障電流的清除，只能依靠交流設備切斷與交流系統的連接。全橋模塊單元由四只全控開關和直流支撐電容組成，相較傳統半橋模塊，使用的開關器件多一倍，模塊輸出直流電容電壓或旁路時均同時有兩個全控開關流過電流，損耗也大一倍。箝位雙模塊為兩個傳統半橋模塊通過一個全控開關和兩個箝位二極管級聯而成，相較全橋模塊有效減少了全控開關數量，降低了運行損耗，但該單元在直流故障時，箝位雙模塊的兩個直流支撐電容并聯投入到交流系統電壓和故障點之間，模塊直流電壓的上升較慢，清除故障的動態響應時間較長。
技術實現思路
本技術的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種換流器模塊，解決現有技術中快速清除直流短路故障時動態響應時間較長、損耗較大的技術問題。為解決上述技術問題，本技術所采用的技術方案是:一種換流器模塊，包括第一引出端X1、第二引出端X2、第一半橋20和第二半橋21，所述第一半橋20、第二半橋21分別包括有各自的開關單元、開關模塊和儲能元件，所述開關模塊與儲能元件串聯后，并聯在開關單元的兩端；所述換流器模塊包括如下四種連接方式中的任一種:第一種:所述開關單元包括一個開關單元子模塊或兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3、二極管D4 ;所述二極管D3的陽極與第一引出端XI連接，陰極與第一半橋20中開關模塊和儲能元件Cl的電接點連接；所述二極管D4的陰極與第二引出端X2連接，陽極與第二半橋21中開關模塊和儲能元件C2的電接點連接；第二種:所述開關單元包括一個開關單元子模塊或兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3 ;所述二極管D3的陽極與第一引出端XI連接，陰極與第一半橋20中開關模塊和儲能元件C1的電接點連接；第三種:所述開關單元包括一個開關單元子模塊或兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D4 ;所述二極管D4的陰極與第二引出端X2連接，陽極與第二半橋21中開關模塊和儲能元件C2的電接點連接；第四種:所述開關單元包括兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3、二極管D4 ；所述二極管D3的陽極與第二半橋21中開關單元的兩開關單元子模塊的電節點連接，陰極與第一半橋20中開關模塊和儲能元件C1的電接點連接；所述二極管D4的陰極與第一半橋20中開關單元的兩開關單元子模塊的電節點連接，陽極與第二半橋21中開關模塊和儲能元件C2的電接點連接。所述開關模塊包括:第一開關管和反向并聯在第一開關管集電極與發射極之間的第一續流二極管；所述第一半橋20中第一開關管的發射極與第二引出端X2連接，集電極與第一半橋中儲能元件C1的正極連接；所述第二半橋21中第一開關管的集電極與第一引出端XI連接，發射極與第二半橋中儲能元件C2的負極連接。所述開關單元子模塊包括第二開關管和反向并聯在第二開關管集電極與發射極之間的第二續流二極管。本技術的另一目的在于提供一種模塊化多電平換流器，包括至少一個相單元，每個相單元由若干串聯連接換流器模塊組成，所述換流器模塊包括:第一引出端X1、第二引出端X2、第一半橋20和第二半橋21，所述第一半橋20、第二半橋21分別包括有各自的開關單元、開關模塊和儲能元件，所述開關模塊與儲能元件串聯后，并聯在開關單元的兩端;所述換流器模塊包括如下四種連接方式中的任一種:第一種:所述開關單元包括一個開關單元子模塊或兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3、二極管D4 ;所述二極管D3的陽極與第一引出端XI連接，陰極與第一半橋20中開關模塊和儲能元件C1的電接點連接；所述二極管D4的陰極與第二引出端X2連接，陽極與第二半橋21開關模塊和儲能元件C2的電接點連接；第二種:所述開關單元包括一個開關單元子模塊或兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3 ;所述二極管D3的陽極與第一引出端XI連接，陰極與第一半橋20中開關模塊和儲能元件C1的電接點連接；第三種:所述開關單元包括一個開關單元子模塊或兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D4 ;所述二極管D4的陰極與第二引出端X2連接，陽極與第二半橋21中開關模塊和儲能元件C2的電接點連接；第四種:所述開關單元包括兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3、二極管D4 ；所述二極管D3的陽極與第二半橋21中開關單元的兩開關單元子模塊的電節點連接，陰極與第一半橋20中開關模塊和儲能元件C1的電接點連接；所述二極管D4的陰極與第一半橋20中開關單元的兩開關單元子模塊的電節點連接，陽極與第二半橋21中開關模塊和儲能元件C2的電接點連接。所述開關模塊包括:第一開關管和反向并聯在第一開關管集電極與發射極之間的第一續流二極管；所述第一半橋20中第一開關管的發射極與第二引出端X2連接，集電極與第一半橋20中儲能元件C1的正極連接；所述第二半橋21中第一開關管的集電極與第一引出端XI連接，發射極與第二半橋21中儲能元件C2的負極連接。所述開關單元子模塊包括第二開關管和反向并聯在第二開關管集電極與發射極之間的第二續流二極管。與現有技術相比，本技術所達到的有益效果:(1)將兩個不對稱半橋模塊組合在一起，構成本技術的換流器模塊單元結構，提供了良好的直流故障穿越能力；(2)所述換流器能實現多電平電壓源和清除直流短路故障的功能，運行損耗和故障電流抑制效果綜合性能較好；(3)在換流器啟動和故障閉鎖狀態下，所述換流器模塊單元的所有二極管回路相對于兩個端子是對稱的，從而提供了至少兩個有益的特性:一是啟動狀態從交流充電時，每個橋臂的等效電容是一致的，電容電壓的上升速率基本一致，從而使得整個換流器的高電位取能和監控更加一致和協調；二是故障閉鎖狀態下，換流器模塊單元的兩個電容串聯投入到交流電源和故障點之間，故障時迅速抬升直流電壓，快速清除直流短路故障，動態響應快；(4)所述換流器模塊單元構成的換流器，其基本控制策略可以和傳統半橋模塊構成的換流器兼容，具有可移植性。【附圖說明】圖1是本技術中換流器模塊的實施例一的電路圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種換流器模塊，其特征在于，包括第一引出端X1、第二引出端X2、第一半橋（20）和第二半橋（21），所述第一半橋（20）、第二半橋（21）分別包括有各自的開關單元、開關模塊和儲能元件，所述開關模塊與儲能元件串聯后，并聯在開關單元的兩端；所述換流器模塊包括如下四種連接方式中的任一種：第一種：所述開關單元包括一個開關單元子模塊或兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3、二極管D4；所述二極管D3的陽極與第一引出端X1連接，陰極與第一半橋（20）中開關模塊和儲能元件C1的電接點連接；所述二極管D4的陰極與第二引出端X2連接，陽極與第二半橋（21）中開關模塊和儲能元件C2的電接點連接；第二種：所述開關單元包括一個開關單元子模塊或兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3；所述二極管D3的陽極與第一引出端X1連接，陰極與第一半橋（20）中開關模塊和儲能元件C1的電接點連接；第三種：所述開關單元包括一個開關單元子模塊或兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D4；所述二極管D4的陰極與第二引出端X2連接，陽極與第二半橋（21）中開關模塊和儲能元件C2的電接點連接；第四種：所述開關單元包括兩個反向串聯的開關單元子模塊，所述換流器模塊還包括二極管D3、二極管D4；所述二極管D3的陽極與第二半橋（21）中開關單元的兩開關單元子模塊的電節點連接，陰極與第一半橋（20）中開關模塊和儲能元件C1的電接點連接；所述二極管D4的陰極與第一半橋（20）中開關單元的兩開關單元子模塊的電節點連接，陽極與第二半橋（21）中開關模塊和儲能元件C2的電接點連接。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝曄源，曹冬明，田杰，姜田貴，朱銘煉，
申請(專利權)人：南京南瑞繼保電氣有限公司，南京南瑞繼保工程技術有限公司，
類型：新型
國別省市：江蘇;32