CN113364333B - 组合式换流器、直流变压器及控制方法 - Google Patents

组合式换流器、直流变压器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供组合式换流器、直流变压器及控制方法。所述组合式换流器包括至少一个组合模块，组合模块包括直流端口和交流端口，组合模块包括第一组合模块、第二组合模块和第三组合模块的至少一种；第一组合模块包括第一换流链或/和第二换流链或/和第三换流链，第一换流链并联于直流端口之间，第一换流链中任一节点引出连第二换流链后与交流端口的一端连接，第一换流链中另一节点直连或通过第三换流链连接交流端口的另一端；第二组合模块包括两或三个桥臂，桥臂中点引出连接交流端口，同极桥臂端点连接后连直流端口；第三组合模块包括两或三个桥臂，桥臂中点引出连交流端口，桥臂端点同极连接后再连直流端口；各组合模块的直流端口并联或串联连接。

Description

组合式换流器、直流变压器及控制方法
技术领域
本申请涉及电力电子应用技术领域，具体涉及组合式换流器、直流变压器及控制方法。
背景技术
交直换流器作为现有柔性输电电网中，实现电压变换的重要组成设备，一直是柔性输电领域学者们关注的重点。随着直流输电应用的不断普及，换流器还能通过背靠背连接实现直流变压器功能。
然而，在直流变压器应用中，现有技术存在以下一些问题。
第一，现有直流变压器的结构使其传输功率时，分为双向传递功率和单向传递功率两种。单向传递功率时，直流变压器可以大量使用不控型开关器件降低成本，但无法完成反向功率传递功能。双向传递功率时，现有的拓扑在设计上往往是两个方向的功率设计容量也完全相同，然而，在一些特殊应用场合，直流变压器模块双向运行情况下，并非需要两个方向的运行功率完全相同，因此现有的方案在设计上存在一定的优化空间。
第二，通过MMC背靠背方案实现直流变压器功能时，通常需要六个桥臂，系统的模块数众多，成本较高。在节省成本方面，有不少文献提出了非隔离方式，但非隔离方式对于故障隔离，以及系统的安全性存在隐患。所以需要提出一种能够降低成本，且具有隔离功能的直流变压器。
第三，随着电压等级的提高，直流变压器模块高压侧的额定电压不断升高，给其辅助电源电路的设计也带来的挑战，辅助电源电路在满足一定隔离电压和绝缘电压的同时，还应具备高效、高可靠性要求。
发明内容
本申请实施例提供一种组合式换流器，包括至少N个组合模块，所述组合模块包括直流端口和交流端口，N为≥2的正整数；其中，所述组合模块包括第一组合模块、第二组合模块和第三组合模块的至少一种；其中，所述第一组合模块包括第一换流链或/和第二换流链或/和第三换流链，所述第一换流链并联于所述直流端口之间，包括串联连接的M个第一子模块，所述第二换流链、第三换流链分别包括串联连接的P、Q个第二子模块，所述第一换流链中任意一个节点引出连接所述第二换流链后与所述交流端口的一端连接，第一换流链中另一个节点直接连接或通过所述第三换流链连接所述交流端口的另一端，M为≥2的整数，P+Q＝K，K为≥0的整数，P和Q为≥0的整数；所述第二组合模块包括两个或三个桥臂，所述桥臂包括四组或六组全控型功率半导体器件，所述桥臂的中点引出连接所述交流端口，相同极性的桥臂端点连接后连接所述直流端口；所述第三组合模块包括两个或三个桥臂，所述桥臂包括四组或六组不控型功率半导体器件，所述桥臂的中点引出连接所述交流端口，桥臂端点相同极性连接后再连接所述直流端口；所述各个组合模块的直流端口通过并联或串联的方式连接。
根据一些实施例，所述组合式换流器包括三个第一组合模块，所述三个第一组合模块的交流端口分别引出作为所述组合式换流器的交流A、B、C三相，且P＝K，Q＝0；所述三个第一组合模块的直流端口级联后构成组合式换流器的直流端口。
根据一些实施例，所述第一组合模块中第一换流链的两个节点选取第一换流链的首端和末端。
根据一些实施例，所述组合式换流器包括T个组合模块，所述组合模块包括至少一个第二组合模块与至少一个第三组合模块，第二组合模块与第三组合模块的直流端口并联或串联连接，构成所述组合模块的直流端口，T为≥1的整数。
根据一些实施例，所述第一子模块和所述第二子模块包括单相全控半桥电路或单相全控全桥电路。
根据一些实施例，所述第二组合模块的桥臂包括单相全控半桥电路，或单相全控全桥电路，或三相全控半桥电路，所述第二组合模块的全控型功率半导体器件包括IGBT或MOSFET，或IGBT或MOSFET的串联连接的至少一种。
根据一些实施例，所述第三组合模块的桥臂包括单相不控全桥电路，或三相不控半桥电路，所述不控全桥电路包括二极管或二极管的串联连接的至少一种。
根据一些实施例，所述组合模块包括第一组合模块时，还包括至少一个启动支路；当N≥1时，所述启动支路并联于所述组合模块的第一交流端口和第二交流端口之间；或并联于所述组合模块的第一交流端口和直流端口之间；或并联于所述组合模块的两个直流端口之间；或以上连接方式的组合；当N≥2时，所述启动支路还可以并联在不同第一组合模块的第一交流端口之间或第二交流端口之间或第一交流端口与第二交流端口之间；所述启动支路包括串联连接的启动开关或/和充电电阻。
根据一些实施例，所述第一组合模块还包括至少一个电抗器，所述电抗器与所述第一换流链串联连接。
根据一些实施例，所述第二换流链还包括至少一组电容器组，所述电容器组与所述第二子模块串联连接，所述电容器组包括串联/并联连接的至少一个电容器。
根据一些实施例，所述第二换流链中第二子模块个数K的数目根据所述组合模块的位置确定；当组合式换流器直流正负极电压对称时，靠近组合式换流器正负极端口处的所述组合模块的第二换流链中第二子模块个数≥靠近正负极端口中点处的所述组合模块的第二换流链中第二子模块个数；当组合式换流器直流正负极电压有一端接地时，靠近非接地端口处的所述组合模块的第二子模块个数≥靠近接地端口处的所述组合模块的第二子模块个数。
根据一些实施例，所述第二换流链、第三换流链的一端的电压始终高于另一端的电压。
根据一些实施例，所述的组合式换流器还包括第一隔离变压器，所述第一隔离变压器包括至少一个副边绕组，副边绕组数量与所述组合模块个数相同；当组合模块个数为1时，所述副边绕组的一端连接所述组合模块的交流端口的一端，所述副边绕组的另一端连接所述组合模块的直流端口或交流端口的另一端；当组合模块个数大于1时，所述副边绕组的一端连接所述组合模块的交流端口的一端，所述副边绕组的另一端互相短接或连接所述组合模块的直流端口或交流端口的另一端。
本申请实施例还提供一种直流变压器，包括如上所述的组合式换流器和第二换流器，所述组合式换流器的直流端口，构成所述直流变压器的第一直流端口；所述第二换流器包括直流端口和交流端口，所述第二换流器的交流端口，根据相别设置连接所述组合式换流器的第一隔离变压器的原边；所述第二换流器的直流端口，构成所述直流变压器的第二直流端口；所述第二换流器与所述组合式换流器的结构相同，或者为模块化多电平变换器、单相全控半桥电路、单相全控全桥电路、三相全控半桥电路的至少一种。
本申请实施例还提供一种控制方法，应用于如上所述的组合式换流器或所述的直流变换器，所述控制方法包括直流预充电控制模式、组合式换流器直流端口至交流端口的逆变运行控制模式、组合式换流器交流端口至直流端口的整流运行控制模式。
根据一些实施例，所述直流预充电控制模式包括：完成第一组合模块的第一换流链的所有第一子模块从直流侧充电；闭合所述组合式换流器的启动支路的启动开关；依次或按一定逻辑解锁第一换流链中与所述启动支路并联的部分，使第二换流链上的电压逐渐上升，完成所有第二子模块的充电；断开所述启动支路的启动开关。
根据一些实施例，所述逆变运行控制模式包括：在直流预充电控制步骤完成后，解锁所述组合式换流器中第一换流链的所有第一子模块和第二换流链的所有第二子模块；采集并控制所述组合式换流器的交流端口电压或功率；若存在第二换流器，则解锁所述第二换流器，同时，通过所述第二换流器，采集并控制所述第二换流器的直流端口电压或功率。
根据一些实施例，所述整流运行控制模式包括：若存在第二换流器，则解锁所述第二换流器，同时，通过所述第二换流器，采集并控制所述第二换流器的交流端口电压或功率；完成第一换流链上所有第一子模块和第二换流链所有第二子模块的充电；解锁所述第一组合模块的第一子模块和第二子模块；采集并控制所述组合式换流器的直流端口电压或功率。
本申请实施例提供的技术方案，在双向功率传递应用场合，通过设计基于全控型开关器件和不控型开关器件全桥电路的设计容量或电压等级的不同，能够有效解决双向运行功率存在差异的场合，降低整体设备成本。同时，依据不对称结构，可以设置一个低压全桥电路，用于辅助电源设计，降低了辅助电源的设计需求。此外，在高压应用中，本申请实施例提供的技术方案，仅通过增加第二串换流链配合第一串换流链，相比传统MMC方案，在实现电压等级相同的情况下，能够减少模块数目，降低系统成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的一种包含第一组合模块的组合式换流器示意图(N＝3)。
图2是本申请提供的一种第一组合模块的示意图。
图3是本申请提供的一种包含第二组合模块以及第三组合模块的组合式换流器示意图。
图4是本申请提供的一种包含第一组合模块、第一隔离变压器和启动支路的组合式换流器示意图(N＝3)。
图5是本申请提供的一种包含第二组合模块、第三组合模块和第一隔离变压器组成的组合式换流器示意图。
图6是本申请提供的一种单相全控半桥电路示意图。
图7是本申请提供的一种单相全控全桥电路示意图。
图8是本申请提供的一种单相全控全桥电路示意图。
图9是本申请提供的一种三相全控半桥电路示意图。
图10是本申请提供的一种单相不控全桥电路示意图。
图11是本申请提供的一种三相不控半桥电路示意图。
图12是本申请提供的由第二组合模块、第三组合模块和单相全控全桥电路组成的直流变压器示意图一。
图13是本申请提供的由第二组合模块、第三组合模块和单相全控全桥电路组成的直流变压器示意图二。
图14是本申请提供的由第二组合模块、第三组合模块和单相全控全桥电路组成的直流变压器示意图三。
图15是本申请提供的由第一组合模块和单相全控全桥电路组成的直流变压器示意图(N＝2)。
图16是本申请提供的由第一组合模块和单相全控全桥电路组成的直流变压器示意图一(N＝3)。
图17是本申请提供的由第一组合模块和单相全控全桥电路组成的直流变压器示意图二(N＝3)。
图18是本申请提供的一种组合式换流器的直流预充电控制模式流程图。
图19是本申请提供的一种组合式换流器的逆变运行控制模式流程图。
图20是本申请提供的一种组合式换流器的整流运行控制模式流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应当理解，本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
图1是本申请提供的一种包含第一组合模块的组合式换流器示意图(N＝3)。
组合式换流器包括至少N个组合模块。组合模块包括直流端口和交流端口，N为≥2的正整数。其中，组合模块包括第一组合模块、第二组合模块和第三组合模块的至少一种。各个组合模块的直流端口通过并联或串联的方式连接。
第一组合模块包括第一换流链或/和第二换流链或/和第三换流链。第一换流链并联于直流端口之间，包括串联连接的M个第一子模块。第二换流链、第三换流链分别包括串联连接的P、Q个第二子模块。第一换流链中任意一个节点引出连接第二换流链后与交流端口的一端连接，第一换流链中另一个节点直接连接或通过第三换流链连接交流端口的另一端，M为≥2的整数，P+Q＝K，K为≥0的整数，P和Q为≥0的整数。
其中，第二换流链中第二子模块个数K的数目根据所述组合模块的位置确定。第二换流链、第三换流链的一端的电压始终高于另一端的电压。
当组合式换流器直流正负极电压对称时，靠近组合式换流器正负极端口处的组合模块的第二换流链中第二子模块个数≥靠近正负极端口中点处的组合模块的第二换流链中第二子模块个数。
当组合式换流器直流正负极电压有一端接地时，靠近非接地端口处的组合模块的第二子模块个数≥靠近接地端口处的组合模块的第二子模块个数。
可选地，第二换流链还包括至少一组电容器组，电容器组与第二子模块串联连接，电容器组包括串联/并联连接的至少一个电容器。
根据一些实施例，第一子模块和第二子模块包括单相全控半桥电路或单相全控全桥电路。
一种单相全控半桥电路如图6所示，包括两个串联连接的全控型开关器件或者全控型开关器件组。一种单相全控全桥电路如图7所示，包括四个两两串联连接的全控型开关器件或者全控型开关器件组。另一种单相全控全桥电路如图8所示，包括两个串联连接的全控型开关器件或者全控型开关器件组和两个串联连接的电容器或电容器组。
第二组合模块包括两个或三个桥臂，桥臂包括四组或六组全控型功率半导体器件。桥臂的中点引出连接交流端口，相同极性的桥臂端点连接后连接直流端口。
根据一些实施例，第二组合模块的桥臂包括单相全控半桥电路，或单相全控全桥电路，或三相全控半桥电路，所述第二组合模块的全控型功率半导体器件包括IGBT或MOSFET，或IGBT或MOSFET的串联连接的至少一种。
一种三相全控半桥电路如图9所示，包括六个两两串联连接的全控型开关器件或者全控型开关器件组。
第三组合模块包括两个或三个桥臂，桥臂包括四组或六组不控型功率半导体器件。桥臂的中点引出连接交流端口，桥臂端点相同极性连接后再连接直流端口。
第三组合模块的桥臂包括单相不控全桥电路，或三相不控半桥电路，不控全桥电路包括二极管或二极管的串联连接的至少一种。
一种单相不控全桥电路如图10所示，包括两个串联连接的二极管或者二极管器件组。一种三相不控半桥电路如图11所示，包括六个两两串联连接的二极管或者二极管器件组。
可选地，组合式换流器还包括第一隔离变压器，第一隔离变压器包括至少一个副边绕组，副边绕组数量与组合模块个数相同。
当组合模块个数为1时，第一隔离变压器的副边绕组的一端连接组合模块的交流端口的一端，第一隔离变压器的副边绕组的另一端连接组合模块的直流端口或交流端口的另一端。
当组合模块个数大于1时，第一隔离变压器的副边绕组的一端连接组合模块的交流端口的一端，第一隔离变压器的副边绕组的另一端互相短接或连接组合模块的直流端口或交流端口的另一端。
根据一些实施例，组合式换流器包括三个第一组合模块501、502、503，如图1所示。
三个第一组合模块的第一交流端口分别引出作为组合式换流器的交流A、B、C三相。
第一组合模块示意图参见图2，组件101～10M表示第一子模块，串联连接形成第一换流链。组件201～20P以及组件301～30Q表示第二子模块，串联连接形成第二换流链和第三换流链。10a和10b为直流端口的两端，10c和10d为交流端口的两端。
如图1所示，P＝K，Q＝0。三个第一组合模块501、502、503的直流端口级联后构成组合式换流器的直流端口。第一组合模块中第一换流链的两个节点选取第一换流链的首端和末端。
可选地，组合模块包括第一组合模块时，还包括至少一个启动支路。启动支路包括串联连接的启动开关或/和充电电阻。
当N≥1时，启动支路并联于组合模块的第一交流端口和第二交流端口之间；或并联于组合模块的第一交流端口和直流端口之间；或并联于组合模块的两个直流端口之间；或以上连接方式的组合。
当N≥2时，启动支路还可以并联在不同第一组合模块的第一交流端口之间或第二交流端口之间或第一交流端口与第二交流端口之间。
可选地，如图1所示，第一组合模块还包括至少一个电抗器40，电抗器40与第一换流链串联连接。
本实施例提供的技术方案，在双向功率传递应用场合，通过设计基于全控型开关器件和不控型开关器件全桥电路的设计容量或电压等级的不同，能够有效解决双向运行功率存在差异的场合，降低整体设备成本。此外，在高压应用中，本实施例提供的技术方案，仅通过增加第二串换流链配合第一串换流链，相比传统MMC方案，在实现电压等级相同的情况下，能够减少模块数目，降低系统成本。
图3是本申请提供的一种包含第二组合模块以及第三组合模块的组合式换流器示意图。
组合式换流器包括至少N个组合模块。组合模块包括直流端口和交流端口，N为≥2的正整数。其中，组合模块包括第一组合模块、第二组合模块和第三组合模块的至少一种。各个组合模块的直流端口通过并联或串联的方式连接。
第一组合模块包括第一换流链、第二换流链或/和第三换流链。第一换流链并联于直流端口之间，包括串联连接的M个第一子模块。第二换流链、第三换流链分别包括串联连接的P、Q个第二子模块。第一换流链中任意一个节点引出连接第二换流链后与交流端口的一端连接，第一换流链中另一个节点直接连接或通过第三换流链连接交流端口的另一端，M为≥2的整数，P+Q＝K，K为≥0的整数，P和Q为≥0的整数。
第二组合模块包括两个或三个桥臂，桥臂包括四组或六组全控型功率半导体器件。桥臂的中点引出连接交流端口，相同极性的桥臂端点连接后连接直流端口。
第三组合模块包括两个或三个桥臂，桥臂包括四组或六组不控型功率半导体器件。桥臂的中点引出连接交流端口，桥臂端点相同极性连接后再连接直流端口。
可选地，组合式换流器还包括第一隔离变压器，第一隔离变压器包括至少一个副边绕组，副边绕组数量与组合模块个数相同。
当组合模块个数为1时，第一隔离变压器的副边绕组的一端连接组合模块的交流端口的一端，第一隔离变压器的副边绕组的另一端连接组合模块的直流端口或交流端口的另一端。
当组合模块个数大于1时，第一隔离变压器的副边绕组的一端连接组合模块的交流端口的一端，第一隔离变压器的副边绕组的另一端互相短接或连接组合模块的直流端口或交流端口的另一端。根据一些实施例，组合式换流器包括第二组合模块以及第三组合模块，如图3所示。
参见图3，组合式换流器包括至少一个第二组合模块与至少一个第三组合模块，N＝T。第二组合模块与第三组合模块的直流端口并联或串联，构成组合式换流器的直流端口，T为大于等于1的整数。组件601～60T表示T个第二组合模块或第三组合模块。
本实施例提供的技术方案，在双向功率传递应用场合，通过设计基于全控型开关器件和不控型开关器件全桥电路的设计容量或电压等级的不同，能够有效解决双向运行功率存在差异的场合，降低整体设备成本。
图4是本申请提供的一种包含第一组合模块、第一隔离变压器和启动支路的组合式换流器示意图(N＝3)。
根据一些实施例，组合式换流器包括第一组合模块和第一隔离变压器，为非对称组合式换流器，如图4所示(N＝3)。启动支路20a包括启动开关20a 1和启动电阻20a2。
参加图4，组合式换流器包括三个第一组合模块，第一隔离变压器70包括三个副边绕组，副边绕组数量与组合模块个数相同。
第一隔离变压器70的三个副边绕组的一端分别连接组合模块的交流端口的一端，第一隔离变压器70的三个副边绕组的另一端互相短接。
第二换流链还包括至少一组电容器组，电容器组20b与第二子模块串联连接，电容器组包括串联/并联连接的至少一个电容器。
本实施例提供的技术方案，依据不对称结构，可以设置一个低压全桥电路，用于辅助电源设计，降低了辅助电源的设计需求。
图5是本申请提供的一种包含第二组合模块、第三组合模块和第一隔离变压器组成的组合式换流器示意图。
根据一些实施例，组合式换流器包括至少一个第二组合模块、至少一个第三组合模块和第一隔离变压器，为非对称组合式换流器，如图5所示。
参加图5，组合式换流器包括一个第二组合模块和一个第三组合模块，第一隔离变压器80包括两个个副边绕组，副边绕组数量与组合模块个数相同。
第一隔离变压器80的两个副边绕组的一端分别连接组合模块的交流端口的一端，第一隔离变压器80的两个副边绕组的另一端连接组合模块的直流端口或交流端口的另一端。
本实施例提供的技术方案，依据不对称结构，可以设置一个低压全桥电路，用于辅助电源设计，降低了辅助电源的设计需求。
图12是本申请实施例提供的一种直流变压器示意图。
直流变压器包括组合式换流器和第二换流器。组合式换流器的直流端口，构成直流变压器的第一直流端口。第二换流器包括直流端口和交流端口，第二换流器的交流端口根据相别设置连接组合式换流器的第一隔离变压器的原边，第二换流器的直流端口构成直流变压器的第二直流端口。第二换流器与组合式换流器的结构相同，或者为模块化多电平变换器、单相全控半桥电路、单相全控全桥电路、三相全控半桥电路的至少一种。
如图12所示，组合式换流器包括一个第二组合模块和一个第三组合模块。第二组合模块包括两个桥臂，桥臂包括单相全控全桥电路。桥臂的中点引出连接交流端口，交流端口连接第一隔离变压器的一个副边绕组，相同极性的桥臂端点连接后连接直流端口。
第三组合模块包括两个或三个桥臂，桥臂包括单相不控全桥电路。桥臂的中点引出连接交流端口，交流端口连接第一隔离变压器的另一个副边绕组，桥臂端点相同极性连接后再连接直流端口。
第二换流器包括单相全控全桥电路。第二换流器的交流端口连接组合式换流器的第一隔离变压器的原边。
根据一些实施例，另一种直流变压器如图13所示，组合式换流器包括两个第三组合模块。两个第三组合模块都包括两个桥臂，其中一个第三组合模块的桥臂包括单个二极管。另一个第三组合模块的桥臂包括串联连接的两个二极管。桥臂的中点引出连接交流端口，交流端口连接第一隔离变压器的一个副边绕组，桥臂端点相同极性连接后再连接直流端口。
第二换流器包括单相全控全桥电路。第二换流器的交流端口连接组合式换流器的第一隔离变压器的原边。
根据一些实施例，又一种直流变压器如图14所示，直流变压器包括组合式换流器和第二换流器。组合式换流器包括两个第二组合模块。第二换流器包括单相全控全桥电路。两个第二组合模块一个是单相全桥电路，另一个是三相半桥电路。
根据一些实施例，再一种直流变压器如图15所示，直流变压器包括组合式换流器和第二换流器。组合式换流器包括两个第一组合模块，N＝2。第二换流器包括单相全控全桥电路。
根据一些实施例，又另一种直流变压器如图16所示，直流变压器包括组合式换流器和第二换流器。组合式换流器包括三个第一组合模块，N＝3。电容器组1301可以根据电路等效原则，由跟第二串联链串联，变换为角型连接方式。第二换流器90为模块化多电平电路。
根据一些实施例，又再一种直流变压器如图17所示，直流变压器包括组合式换流器和第二换流器。组合式换流器包括三个第一组合模块，N＝3。电容器组1301包括两个电容器。第二换流器90为模块化多电平电路。
在图17中，当组合式换流器直流正负极电压对称时，靠近组合式换流器正负极端口处的组合模块的第二换流链中第二子模块个数≥靠近正负极端口中点处的组合模块的第二换流链中第二子模块个数。图17中第二个第一组合模块的第二串联链P＝Q＝0，而第一个和第三个组合模块的第二串联链P>0。
本申请还提供一种控制方法，应用于所述的组合式换流器或所述的直流变换器，所述控制方法包括直流预充电控制模式、组合式换流器直流端口至交流端口的逆变运行控制模式、组合式换流器交流端口至直流端口的整流运行控制模式。
其中，直流预充电控制模式如图18所示，包括以下流程。
在S110中，完成第一组合模块的第一换流链的所有第一子模块从直流侧充电。
在S120中，闭合组合式换流器的启动支路的启动开关。
在S130中，依次或按一定逻辑解锁第一换流链中与启动支路并联的部分，使第二换流链上的电压逐渐上升，完成所有第二子模块的充电。
在S140中，断开所述启动支路的启动开关。
逆变运行控制模式如图19所示，包括以下流程。
在S210中，在直流预充电控制步骤完成后，解锁组合式换流器中第一换流链的所有第一子模块和第二换流链的所有第二子模块。
在S220中，采集并控制组合式换流器的交流端口电压或功率。
在S230中，若存在第二换流器，则解锁第二换流器，同时，通过第二换流器，采集并控制第二换流器的直流端口电压或功率。
整流运行控制模式如图20所示，包括以下流程。
在S310中，若存在第二换流器，则解锁第二换流器，同时，通过第二换流器，采集并控制第二换流器的交流端口电压或功率。
在S320中，完成第一换流链上所有第一子模块和第二换流链所有第二子模块的充电。
在S330中，解锁第一组合模块的第一子模块和第二子模块。
在S340中，采集并控制所述组合式换流器的直流端口电压或功率。
以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。

Claims (16)

1.一种组合式换流器，包括：
至少N个组合模块，所述组合模块包括直流端口和交流端口，N为≥2的正整数；其中，所述组合模块包括第一组合模块，和/或，第二组合模块与第三组合模块；其中
所述第一组合模块包括第一换流链或/和第二换流链或/和第三换流链，所述第一换流链并联于所述直流端口之间，包括串联连接的M个第一子模块，所述第二换流链、第三换流链分别包括串联连接的P、Q个第二子模块，所述第一换流链中任意一个节点引出连接所述第二换流链后与所述交流端口的一端连接，第一换流链中另一个节点直接连接或通过所述第三换流链连接所述交流端口的另一端，M为≥2的整数，P+Q＝K，K为≥0的整数，P和Q为≥0的整数；
所述第二组合模块包括两个或三个桥臂，所述桥臂包括四组或六组全控型功率半导体器件，所述桥臂的中点引出连接所述交流端口，相同极性的桥臂端点连接后连接所述直流端口；
所述第三组合模块包括两个或三个桥臂，所述桥臂包括四组或六组不控型功率半导体器件，所述桥臂的中点引出连接所述交流端口，桥臂端点相同极性连接后再连接所述直流端口；
所述组合式换流器包括T个组合模块，所述组合模块包括至少一个第二组合模块与至少一个第三组合模块，第二组合模块与第三组合模块的直流端口并联或串联连接，构成所述组合模块的直流端口，T为≥1的整数；
所述各个组合模块的直流端口通过并联或串联的方式连接；
所述组合式换流器还包括：
第一隔离变压器，所述第一隔离变压器包括至少一个副边绕组，副边绕组数量与所述组合模块个数相同；
当组合模块个数为1时，所述副边绕组的一端连接所述组合模块的交流端口的一端，所述副边绕组的另一端连接所述组合模块的直流端口或交流端口的另一端；
当组合模块个数大于1时，所述副边绕组的一端连接所述组合模块的交流端口的一端，所述副边绕组的另一端互相短接或连接所述组合模块的直流端口或交流端口的另一端。
2.如权利要求1所述的组合式换流器，其中，所述组合式换流器包括三个第一组合模块，所述三个第一组合模块的交流端口分别引出作为所述组合式换流器的交流A、B、C三相，且P＝K，Q＝0；所述三个第一组合模块的直流端口级联后构成组合式换流器的直流端口。
3.如权利要求1所述的组合式换流器，其中，所述第一组合模块中第一换流链的两个节点选取第一换流链的首端和末端。
4.如权利要求1所述的组合式换流器，其中，所述第一子模块和所述第二子模块包括单相全控半桥电路或单相全控全桥电路。
5.如权利要求1所述的组合式换流器，其中，所述第二组合模块的桥臂包括单相全控半桥电路，或单相全控全桥电路，或三相全控半桥电路，所述第二组合模块的全控型功率半导体器件包括IGBT或MOSFET，或IGBT或MOSFET的串联连接的至少一种。
6.如权利要求1所述的组合式换流器，其中，所述第三组合模块的桥臂包括单相不控全桥电路，或三相不控半桥电路，所述不控全桥电路包括二极管或二极管的串联连接的至少一种。
7.如权利要求1所述的组合式换流器，其中，所述组合模块包括第一组合模块时，还包括：
至少一个启动支路；
当N≥1时，所述启动支路并联于所述组合模块的第一交流端口和第二交流端口之间；或并联于所述组合模块的第一交流端口和直流端口之间；或并联于所述组合模块的两个直流端口之间；或以上连接方式的组合；
当N≥2时，所述启动支路还可以并联在不同第一组合模块的第一交流端口之间或第二交流端口之间或第一交流端口与第二交流端口之间；
所述启动支路包括串联连接的启动开关或/和充电电阻。
8.如权利要求1所述的组合式换流器，其中，所述第一组合模块还包括：
至少一个电抗器，与所述第一换流链串联连接。
9.如权利要求1所述的组合式换流器，其中，所述第二换流链还包括：
至少一组电容器组，与所述第二子模块串联连接，所述电容器组包括串联/并联连接的至少一个电容器。
10.如权利要求1所述的组合式换流器，其中，所述第二换流链中第二子模块个数K的数目根据所述组合模块的位置确定；
当组合式换流器直流正负极电压对称时，靠近组合式换流器正负极端口处的所述组合模块的第二换流链中第二子模块个数≥靠近正负极端口中点处的所述组合模块的第二换流链中第二子模块个数；
当组合式换流器直流正负极电压有一端接地时，靠近非接地端口处的所述组合模块的第二子模块个数≥靠近接地端口处的所述组合模块的第二子模块个数。
11.如权利要求9所述的组合式换流器，其中，所述第二换流链、第三换流链的一端的电压始终高于另一端的电压。
12.一种直流变压器，包括：
如权利要求1所述的组合式换流器，所述组合式换流器的直流端口，构成所述直流变压器的第一直流端口；
第二换流器，包括直流端口和交流端口，所述第二换流器的交流端口，根据相别设置连接所述组合式换流器的第一隔离变压器的原边；所述第二换流器的直流端口，构成所述直流变压器的第二直流端口；
所述第二换流器与所述组合式换流器的结构相同，或者为模块化多电平变换器、单相全控半桥电路、单相全控全桥电路、三相全控半桥电路的至少一种。
13.一种控制方法，应用于如权利要求1至11之任一项所述的组合式换流器或如权利要求12所述的直流变压器，所述控制方法包括直流预充电控制模式、组合式换流器直流端口至交流端口的逆变运行控制模式、组合式换流器交流端口至直流端口的整流运行控制模式。
14.如权利要求13所述的控制方法，其中，所述直流预充电控制模式包括：
完成第一组合模块的第一换流链的所有第一子模块从直流侧充电；
闭合所述组合式换流器的启动支路的启动开关；
依次或按一定逻辑解锁第一换流链中与所述启动支路并联的部分，使第二换流链上的电压逐渐上升，完成所有第二子模块的充电；
断开所述启动支路的启动开关。
15.如权利要求13所述的控制方法，其中，所述逆变运行控制模式包括：
在直流预充电控制步骤完成后，解锁所述组合式换流器中第一换流链的所有第一子模块和第二换流链的所有第二子模块；
采集并控制所述组合式换流器的交流端口电压或功率；
若存在第二换流器，则解锁所述第二换流器，同时，通过所述第二换流器，采集并控制所述第二换流器的直流端口电压或功率。
16.如权利要求13所述的控制方法，其中，所述整流运行控制模式包括：
若存在第二换流器，则解锁所述第二换流器，同时，通过所述第二换流器，采集并控制所述第二换流器的交流端口电压或功率；
完成第一换流链上所有第一子模块和第二换流链所有第二子模块的充电；
解锁所述第一组合模块的第一子模块和第二子模块；
采集并控制所述组合式换流器的直流端口电压或功率。
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CN205092784U (zh) * 2015-11-11 2016-03-16 南方电网科学研究院有限责任公司 模块化多电平换流器的直流融冰转换电路
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