[发明专利]一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑及其控制方法

说明书

本发明公开一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑及其控制方法，所提桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑由三相交流系统和直流侧稳压电路组成，三相交流系统与直流侧稳压电路并联后得到直流端口，直流端口输出的直流电压为V_dc，所述三相交流系统为三相交流电路结构，每相交流电路由上开关电路、下开关电路、飞跨桥臂、交流侧滤波电感和交流侧电源构成。本发明桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑及其控制方法能同时提供一个交流端口和一个直流端口，用于交直流混合配电网，并实现换流器的交流端口和直流端口之间的电压转换和功率传递，减少了子模块、开关器件和无源元件的使用，从而进一步减少了驱动和采样模块的数量。

技术领域

本发明涉及变电技术领域，具体是一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑及其控制方法。

背景技术

为了满足可再生能源并网以及对直流负荷的供电需求，直流电网得到了广泛的关注和应用，与现有交流电网配合，形成交直流混合配电网。因此，需要引入电力电子装置来提供一个交流端口和一个直流端口。模块化多电平换流器(modu l ar mu lt i l eve lconverter,MMC)因具有电压可调节的交流和直流端口、高度模块化的结构、高可移植性、较好的谐波特性等优势，而被广泛地应用于交直流混合配电网。

然而，MMC拓扑使用了大量的半桥子模块电路，从而消耗了大量的开关器件和无源元件，导致了MMC的成本较高、体积较大。同时，大量的子模块电路需要配套大量的驱动和采样模块，从而进一步增加了MMC的成本，且增加了MMC控制系统的设计难度。因此，一种桥臂切换型换流器(a lternate arm converter,AAC)被提出，可降低桥臂中的子模块数量，减少无源元件的使用，然而AAC需要采用全桥电路作为子模块电路，且每个桥臂需额外增加一组开关电路，导致了开关器件的数量不能显著地降低。同时AAC只能工作在固定调制比的工况，且输出直流电压等级较低，使得AAC的性能和应用严重受限。在此基础上，专利CN110752763B提出了一种模块化多电平换流器拓扑及其调制方法，该拓扑通过改进控制策略，可将AAC中的全桥子模块用半桥子模块代替，从而进一步减少开关器件数量，同时具有可调节的调制比和直流侧电压等级，因此，降低了换流器的成本，提高了换流器的性能。

现有改进的模块化多电平换流器拓扑为降低换流器的成本和体积做出了很大的贡献，但是这些拓扑都是基于三相六桥臂，依然采用了较多的开关器件和无源元件，无法大幅度地降低换流器的成本和体积，使得换流器的应用无法普及。因此，亟待一种模块化多电平换流器拓扑，既可以实现交流端口和直流端口之间电压的灵活转换和功率的灵活调节，也可以大量地降低换流器的开关器件和无源元件数量，从而大幅地降低换流器的成本和体积。同时，为了应对交直流混合配电网中可能发生的故障，换流器的拓扑结构需具有较好的故障穿越能力，从而提高换流器和交直流混合配电网的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑及其控制方法，能同时提供一个交流端口和一个直流端口，用于交直流混合配电网，并实现换流器的交流端口和直流端口之间的电压转换和功率传递，减少子模块、开关器件和无源元件的使用，从而进一步减少驱动和采样模块的数量，因此可降低换流器的成本和体积，提高换流器的效率和功率密度。同时，该桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑具有较好的故障穿越能力，可提高换流器的可靠性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑，所提桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑由三相交流系统和直流侧稳压电路组成，三相交流系统与直流侧稳压电路并联后得到直流端口，直流端口输出的直流电压为V_dc，所述三相交流系统为三相交流电路结构，每相交流电路由上开关电路、下开关电路、飞跨桥臂、交流侧滤波电感和交流侧电源构成，其中，x＝a、b、c相。

所述上开关电路由第一开关器件、第二开关器件和电感串联组成，其中，x＝a、b、c相。