[实用新型]子模块电路和模块化多电平换流器

说明书

技术领域

本实用新型涉及输配电技术领域，特别是涉及一种子模块电路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。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种子模块电路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；

图3为一个实施例中模块化多电平换流器的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本实用新型实施例的技术方案，进行清楚和完整的描述。

请参见图1，一种子模块电路，包括：主回路和充放电回路；所述主回路是一个开关模块；所述充放电回路包括N条充放电支路和一个支撑电容，其中N≥2，各条充放电支路中包含一个辅助电容，第N条充放电支路包含的辅助电容C_N初始电压可以为零，即不包含辅助电容，各个辅助电容的初始电压不同。其中，各条充放电支路依次并联后与一个支撑电容串联；主回路与充放电回路串联；所述支撑电容与主回路连接的一端为子模块的第一端，所述充放电支路与主回路连接的一端为子模块的第二端；任意一条所述充放电支路导通时，其他充放电支路和所述主回路同时断开，如此可使所述子模块电路处于工作态时，有且只有一条充放电支路处于导通状态。

上述的子模块电路处于工作态时，其中的所述支撑电容和所述辅助电容将被充电或放电。所述支撑电容和所述辅助电容的充放电状态由流经所述子模块的第一端的电流方向决定，而该电流等于流经此子模块所属的换流器换流臂中的电流，通常由交流与直流成分组成。交流成分中其基波频率等于换流器交流侧的电流频率，直流成分的幅值与极性由此换流器所转换的有功功率与直流侧的电压决定。在一个交流周期内，子模块中的所述支撑电容和所述辅助电容将被进行一次充电和放电过程，下面对所述充电过程和所述放电过程做具体介绍。