[发明专利]一种模块化多电平整流器

说明书

本发明涉及一种模块化多电平整流器，属于电力电子功率变换技术领域。该整流器的每一相包括上桥臂和下桥臂，每个桥臂由N个相同的子模块级联构成，子模块采用箝位式整流子模块。本发明的子模块具有正、二分之一正、0、二分之一负四种电压输出状态，因此其直流侧输出电压可以在正额定值至0之间连续调节，同时相对于半桥型换流器等效于两个半桥子模块中只有3个开关管，每两个半桥子模块仅增加3个仅用于不控充电阶段的小容量二极管，可以以比半桥型换流器更低的成本实现海上风电串联接入系统中整流侧通过直流电压调节传输功率的能力。

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平整流器，属于电力电子功率变换技术领域。

背景技术

由于模块化多电平换流器具有易于拓展、可自换相、波形质量高的优点，基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统已经在海上风电直流接入场合得到广泛应用。由于建设大型海上平台十分困难，在海上风场端串联多个低压大电流的小型平台的方案开始得到关注。目前模块化多电平换流器根据所用的子模块类型主要可以分为半桥型、全桥型、半桥-全桥混合型和若干种箝位型几类。在不同类型的模块化多电平换流器中，半桥型模块化多电平换流器具有最低的成本，每个子模块仅需要两个开关管和两个二极管，但半桥型模块化多电平换流器的直流电压输出范围较窄，不具备串联系统中通过调节直流电压实现功率调节的能力。全桥型模块化多电平换流器具有从正额定值至负额定值的直流电压输出范围，但所需的开关管和二极管数目2倍于半桥型模块化多电平换流器；为了实现在正额定值至0的直流电压输出范围内长期稳定运行，半桥-全桥混合型模块化多电平换流器也需要70％～80％的全桥子模块，所需的开关管和二极管数目1.7～1.8倍于半桥型模块化多电平换流器。各种箝位型模块化多电平换流器的设计目标一般为在增加较少的开关管的条件下实现清除直流侧暂时性短路故障的能力，但也同样可以用于宽直流侧电压范围的整流场合，一般所需的开关管数目至少1.25倍于半桥型模块化多电平换流器，仍然会带来明显的成本增加。

发明内容

本发明的目的是提出一种模块化多电平整流器，对现有的模块化多电平换流器的结构进行改进，采用单向输出电流、不对称输出电压的子模块结构，使得换流器在开关器件用量相比半桥型换流器更低的情况下，获得直流侧输出电压额定值至0连续可调的输出范围。

本发明提出的模块化多电平整流器，该模块化多电平整流器的每一相包括上桥臂和下桥臂，每个桥臂分别由N个相同的子模块级联构成，每相的上桥臂下端和下桥臂上端各通过一个电感L连接在一起，每相的两个电感L的连接点为该相的交流母线ACU、ACV、ACW，所有相的上桥臂上端连接在一起成为直流正母线DC+，所有相的下桥臂下端连接在一起成为直流负母线DC-，其特征在于，所述的上桥臂和下桥臂分别由N个箝位式整流子模块级联构成，N的取值为等于或大于1的整数，N的取值根据模块化多电平整流器桥臂的额定输出电压与桥臂子模块额定电压的比值关系确定：

其中，U_arm为桥臂额定电压，U_sm为桥臂子模块电压，INT()为取整函数。