CN114421802A - 一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑及其控制方法 - Google Patents

一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑及其控制方法 Download PDF

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Abstract

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Vdc，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。

Description

一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑及其控制方法
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Vdc，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。
所述下开关电路由第三开关器件、第四开关器件和电感串联组成，x＝a、b、c相。
所述上开关电路和下开关电路串联连接，上开关电路和下开关电路之间的连接点与交流侧滤波电感的一端连接，交流侧滤波电感的另一端与交流侧电源连接。
所述第一开关器件由至少一个全控开关管构成，第二开关器件由至少一个全控开关管串联结构构成，全控开关管串联结构是由两个反向串联的全控开关管构成，全控开关管串联结构上的两个反向串联的全控开关管具有相同的驱动信号，同时开通、同时关断。
所述第四开关器件由至少一个全控开关管构成，第三开关器件由至少一个全控开关管串联结构构成。
进一步的，所述第一开关器件由一个全控开关管构成，第二开关器件由两个反向串联的全控开关管构成，第二开关器件上的两个反向串联的全控开关管具有相同的驱动信号，同时开通、同时关断。
所述第一开关器件的集电极与直流端口的正极连接，第一开关器件的发射级与第二开关器件中位于上方的全控开关管的发射级连接，第二开关器件的两个全控开关管的集电极相连，第二开关器件中位于下方的全控开关管的发射级与第一电感连接。
所述第四开关器件由一个全控开关管构成，第三开关器件由两个反向串联的全控开关管构成，第三开关器件中两个反向串联的全控开关管具有相同的驱动信号，同时开通、同时关断。
所述第三开关器件中位于上方的全控开关管的发射级与第二电感连接，第三开关器件上的两个全控开关管的集电极相连，第三开关器件中位于下方的全控开关管的发射级与第四开关器件的集电极连接。
所述第四开关器件的发射级与直流端口的负极连接。
进一步的，所述飞跨桥臂由N个全桥子模块级联组成，N＝1、2、3…，将N个级联全桥子模块电路的输入端作为飞跨桥臂的输入端Fx1，其中，x＝a、b、c相。
将N个级联全桥子模块电路的输出端作为飞跨桥臂的输出端Fx2，其中，x＝a、b、c相。
所述飞跨桥臂的输入端Fx1与第一开关器件和第二开关器件的连接点相连，飞跨桥臂的输出端Fx2与第三开关器件和第四开关器件的连接点相连。
进一步的，所述直流侧稳压电路由第一稳压电容和第二稳压电容组成，第一稳压电容的正极与直流端口的正极相连，第一稳压电容的负极与第二稳压电容的正极相连，第二稳压电容的负极与直流端口的负极相连。
进一步的，所述直流端口串联连接有用于稳压和滤波的滤波电感。
进一步的，将所述上开关电路和下开关电路中的电感以及交流侧滤波电感整合成一个电感。
桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑的控制方法，所述控制方法如下：
当检测到x相交流侧电压vx从负值变为零时，开始计时，延迟(θ/2π)*Ts时间后，导通第一开关器件和第三开关器件，经过Ts/2的导通时间后，第一开关器件和第三开关器件关断，同时触发第二开关器件和第四开关器件导通，其中，θ为导通延时角，Ts为换流器的交流端口的交流电压周期。
当检测到x相交流侧电压vx从正值变为零时，开始计时，延迟(θ/2π)*Ts时间后，导通第二开关器件和第四开关器件，经过Ts/2的导通时间后，第二开关器件和第四开关器件关断，同时触发第一开关器件和第三开关器件导通。
当第一开关器件和第三开关器件导通时，飞跨桥臂的输入端通过第一开关器件与直流端口的正极相连，飞跨桥臂的输出端通过第三开关器件与换流器的交流端口相连，飞跨桥臂调制的电压如下式：
Figure BDA0003481137890000051
当第二开关器件和第四开关器件导通时，飞跨桥臂的输入端通过第二开关器件与换流器的交流端口相连，飞跨桥臂的输出端通过第四开关器件与直流端口的负极相连，飞跨桥臂调制的电压如下式：
Figure BDA0003481137890000052
进一步的，所述导通延时角θ根据功率因数角
Figure BDA0003481137890000053
和调制度m求得，功率因数角
Figure BDA0003481137890000054
表示为换流器的交流端口电压和电流的相位差。
所述调制度m为换流器的交流端口交流电源相电压峰值与直流端口电压一半的比值，根据功率因数角
Figure BDA0003481137890000055
和调制度m可求得导通延时角θ的值，如下式所示：
Figure BDA0003481137890000056
进一步的，当检测到换流器直流端口发生短路故障时，检测x相交流侧电压vx的值，当vx的值大于或等于零时，导通第一开关器件和第三开关器件，关断第二开关器件和第四开关器件，同时，飞跨桥臂调制的电压如下式：
vFx1Fx2＝-vx，
当vx的值小于零时，导通第二开关器件和第四开关器件，关断第一开关器件和第三开关器件，同时，飞跨桥臂调制的电压如下式：
vFx1Fx2＝vx，
此时，换流器工作于静止无功补偿器模式。
当检测到换流器直流端口短路故障已被清除时，将换流器的控制方法切换至上述检测到换流器直流端口发生短路故障前的控制方法，实现故障的穿越。
发明的有益效果：
1、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；
2、本发明桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑采用了三相三桥臂的电路结构，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，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，提高了换流器的可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑图；
图2是本发明桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑的控制方法流程图；
图3是本发明桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑的故障穿越控制方法流程图；
图4是本发明桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑的仿真波形图；
图4中(a)为交流侧a相电压和三相电流波形图；
(b)为三相飞跨桥臂电流波形图；
(c)为a相换流器的交流端口电压波形图；
(d)为a相飞跨桥臂电压波形图；
(e)为a相飞跨桥臂子模块电容电压波形图；
(f)为直流侧电流波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
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1和直流侧稳压电路2组成，三相交流系统1与直流侧稳压电路2并联后得到直流端口，直流端口输出的直流电压为Vdc，如图1所示。
三相交流系统1为三相交流电路结构，每相交流电路由上开关电路11、下开关电路12、飞跨桥臂13、交流侧滤波电感Lf和交流侧电源vx构成，其中，x＝a、b、c相。
上开关电路11由第一开关器件Sx1、第二开关器件Sx2和第一电感L1串联组成，其中，x＝a、b、c相。
第一开关器件Sx1可以由一个全控开关管构成，第二开关器件Sx2可以由两个反向串联的全控开关管构成，第二开关器件Sx2上的两个反向串联的全控开关管具有相同的驱动信号，同时开通、同时关断。
第一开关器件Sx1的集电极与直流端口的正极连接，第一开关器件Sx1的发射级与第二开关器件Sx2中位于上方的全控开关管的发射级连接，第二开关器件Sx2上的两个全控开关管的集电极相连，第二开关器件Sx2中位于下方的全控开关管的发射级与第一电感L1连接。
下开关电路12由第三开关器件Sx3、第四开关器件Sx4和第二电感L2串联组成，x＝a、b、c相。
第四开关器件Sx4可以由一个全控开关管构成，第三开关器件Sx3由两个反向串联的全控开关管构成，第三开关器件Sx3中两个反向串联的全控开关管具有相同的驱动信号，同时开通、同时关断。
第三开关器件Sx3中位于上方的全控开关管的发射级与第二电感L2连接，第三开关器件Sx3上的两个全控开关管的集电极相连，第三开关器件Sx3中位于下方的全控开关管的发射级与第四开关器件Sx4的集电极连接。
第四开关器件Sx4的发射级与直流端口的负极连接，上开关电路11和下开关电路12串联连接，上开关电路11和下开关电路12之间的连接点与交流侧滤波电感Lf的一端连接，交流侧滤波电感Lf的另一端与交流侧电源vx连接。
所述飞跨桥臂13由N个全桥子模块级联组成，N＝1、2、3…，将N个级联全桥子模块电路的输入端作为飞跨桥臂13的输入端Fx1，其中，x＝a、b、c相。
将N个级联全桥子模块电路的输出端作为飞跨桥臂13的输出端Fx2，其中，x＝a、b、c相。
飞跨桥臂13的输入端Fx1与第一开关器件Sx1和第二开关器件Sx2的连接点相连，飞跨桥臂13的输出端Fx2与第三开关器件Sx3和第四开关器件Sx4的连接点相连。
直流侧稳压电路22由第一稳压电容C1和第二稳压电容C2组成，第一稳压电容C1的正极与直流端口的正极相连，第一稳压电容C1的负极与第二稳压电容C2的正极相连，第二稳压电容C2的负极与直流端口的负极相连。
可在直流端口串联一组滤波电感进行直流电压的稳压和滤波。
所提桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑可实现功率的双向流动。
上开关电路11中的第一开关器件Sx1和下开关电路12中的第三开关器件Sx3同时导通且同时关断；上开关电路11中的第二开关器件Sx2和下开关电路12中的第四开关器件Sx4同时导通且同时关断。
第一开关器件Sx1和第二开关器件Sx2互补导通，第三开关器件Sx3和第四开关器件Sx4互补导通。
第一开关器件Sx1和第四开关器件Sx4均可以采用多个全控开关管串联的形式。
当第一开关器件Sx1和第四开关器件Sx4采用多个串联的全控开关管时，多个串联的全控开关管需要同时开通、同时关断。
第二开关器件Sx2和第三开关器件Sx3既可以采用单组反向串联的全控开关管，也可以采用多组反向串联的全控开关管，且多组反向串联的全控开关管以串联的形式连接。
当第二开关器件Sx2和第三开关器件Sx3采用多组反向串联的全控开关管时，多组反向串联的全控开关管需要同时开通、同时关断。
可将上开关电路11的第一电感L1和下开关电路12中的第二电感L2和交流侧滤波电感Lf整合成一个电感，而不影响换流器的运行性能。
桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑的控制方法，如图2所示，控制方法如下：
当检测到x相交流侧电压vx从负值变为零时，开始计时，延迟(θ/2π)*Ts时间后，导通第一开关器件Sx1和第三开关器件Sx3，经过Ts/2的导通时间后，第一开关器件Sx1和第三开关器件Sx3关断，同时触发第二开关器件Sx2和第四开关器件Sx4导通，其中，θ为导通延时角，Ts为换流器的交流端口的交流电压周期。
当检测到x相交流侧电压vx从正值变为零时，开始计时，延迟(θ/2π)*Ts时间后，导通第二开关器件Sx2和第四开关器件Sx4，经过Ts/2的导通时间后，第二开关器件Sx2和第四开关器件Sx4关断，同时触发第一开关器件Sx1和第三开关器件Sx3导通。
当第一开关器件Sx1和第三开关器件Sx3导通时，飞跨桥臂13的输入端通过第一开关器件Sx1与直流端口的正极相连，飞跨桥臂13的输出端通过第三开关器件Sx3与换流器的交流端口相连，飞跨桥臂13调制的电压为：
Figure BDA0003481137890000101
当第二开关器件Sx2和第四开关器件Sx4导通时，飞跨桥臂13的输入端通过第二开关器件Sx2与换流器的交流端口相连，飞跨桥臂13的输出端通过第四开关器件Sx4与直流端口的负极相连，飞跨桥臂13调制的电压为
Figure BDA0003481137890000102
导通延时角θ根据功率因数角
Figure BDA0003481137890000103
和调制度m求得，功率因数角
Figure BDA0003481137890000104
表示为换流器换流器的交流端口电压和电流的相位差，如式(3)和(4)所示。
调制度m为换流器换流器的交流端口交流电源相电压峰值与直流端口电压一半的比值，如式(5)所示，根据功率因数角
Figure BDA0003481137890000105
和调制度m可求得导通延时角θ的值，如式(6)所示。
Figure BDA0003481137890000106
Figure BDA0003481137890000107
Figure BDA0003481137890000108
Figure BDA0003481137890000109
桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑的故障穿越控制方法，如图3所示，当检测到换流器直流端口发生短路故障时，检测x相交流侧电压vx的值，当vx的值大于或等于零时，导通第一开关器件Sx1和第三开关器件Sx3，关断第二开关器件Sx2和第四开关器件Sx4，同时，飞跨桥臂13调制的电压为
vFx1Fx2＝-vx (7)
当vx的值小于零时，导通第二开关器件Sx2和第四开关器件Sx4，关断第一开关器件Sx1和第三开关器件Sx3，同时，飞跨桥臂13调制的电压为
vFx1Fx2＝vx (8)
此时，换流器工作于静止无功补偿器(statcom)模式。
当检测到换流器直流端口短路故障已被清除时，将换流器的控制方法切换至式(1)-(6)所示的非故障工况下的控制方法，实现故障的穿越。
为了验证本拓扑及其控制方法的效果，对所提的桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑及其控制方法进行了仿真验证，仿真参数如表1所示。
表1桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑的一组仿真参数
Figure BDA0003481137890000111
根据表1的参数，对桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑及其控制方法进行了仿真验证，仿真结果如图4所示。
从图4(a)中可以看出，a相电压和a相电流相位相同，实现了单位功率因数运行，且交流侧电压电流都为正弦波。
从图4(b)中可以看出，三相飞跨桥臂13的电流达到了平衡状态。
从图4(c)中可以看出，a相换流器的交流端口电压为多电平波形。
从图4(d)中可以看出，a相飞跨桥臂13的电压与理论控制结果相符。
从图4(e)中可以看出，子模块电容电压在110V上下波动。
从图4(f)中可以看出，直流侧电流为一个直流分量叠加一个六倍频脉动，且六倍频脉动的电流分量较小。
根据具有故障穿越能力的桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑的仿真波形可知，换流器实现了换流器的交流端口和直流端口的电压转换和功率传递，达到了控制的目的和预期的效果，验证了所提桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑及其控制方法的有效性和可行性。
本发明提出的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。
桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑采用了三相三桥臂的电路结构，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，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，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，提高了换流器的可靠性。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一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(1)和直流侧稳压电路(2)组成，三相交流系统(1)与直流侧稳压电路(2)并联后得到直流端口，直流端口输出的直流电压为Vdc，其特征在于，所述三相交流系统(1)为三相交流电路结构，每相交流电路由上开关电路(11)、下开关电路(12)、飞跨桥臂(13)、交流侧滤波电感(Lf)和交流侧电源(vx)构成，其中，x＝a、b、c相；
所述上开关电路(11)由第一开关器件(Sx1)、第二开关器件(Sx2)和第一电感L1串联组成，其中，x＝a、b、c相；
所述下开关电路(12)由第三开关器件(Sx3)、第四开关器件(Sx4)和第二电感L2串联组成，x＝a、b、c相；
所述上开关电路(11)和下开关电路(11)串联连接，上开关电路(11)和下开关电路(12)之间的连接点与交流侧滤波电感(Lf)的一端连接，交流侧滤波电感(Lf)的另一端与交流侧电源(vx)连接；
所述第一开关器件(Sx1)由至少一个全控开关管构成，第二开关器件(Sx2)由至少一个全控开关管串联结构构成，全控开关管串联结构是由两个反向串联的全控开关管构成，全控开关管串联结构上的两个反向串联的全控开关管具有相同的驱动信号，同时开通、同时关断；
所述第四开关器件(Sx4)由至少一个全控开关管构成，第三开关器件(Sx3)由至少一个全控开关管串联结构构成。
2.根据权利要求1所述的一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑，其特征在于，所述第一开关器件(Sx1)由一个全控开关管构成，第二开关器件(Sx2)由两个反向串联的全控开关管构成，第二开关器件Sx2上的两个反向串联的全控开关管具有相同的驱动信号，同时开通、同时关断；
所述第一开关器件(Sx1)的集电极与直流端口的正极连接，第一开关器件(Sx1)的发射级与第二开关器件(Sx2)中位于上方的全控开关管的发射级连接，第二开关器件(Sx2)的两个全控开关管的集电极相连，第二开关器件(Sx2)中位于下方的全控开关管的发射级与第一电感(L1)连接；
所述第四开关器件(Sx4)由一个全控开关管构成，第三开关器件(Sx3)由两个反向串联的全控开关管构成，第三开关器件(Sx3)中两个反向串联的全控开关管具有相同的驱动信号，同时开通、同时关断；
所述第三开关器件(Sx3)中位于上方的全控开关管的发射级与第二电感(L2)连接，第三开关器件(Sx3)的两个全控开关管的集电极相连，第三开关器件(Sx3)中位于下方的全控开关管的发射级与第四开关器件(Sx4)的集电极连接；
所述第四开关器件(Sx4)的发射级与直流端口的负极连接。
3.根据权利要求2所述的一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑，其特征在于，所述飞跨桥臂(13)由N个全桥子模块级联组成，N＝1、2、3…，将N个级联全桥子模块电路的输入端作为飞跨桥臂(13)的输入端Fx1，其中，x＝a、b、c相；
将N个级联全桥子模块电路的输出端作为飞跨桥臂(13)的输出端Fx2，其中，x＝a、b、c相；
所述飞跨桥臂(13)的输入端Fx1与第一开关器件(Sx1)和第二开关器件(Sx2)的连接点相连，飞跨桥臂(13)的输出端Fx2与第三开关器件(Sx3)和第四开关器件(Sx4)的连接点相连。
4.根据权利要求1所述的一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑，其特征在于，所述直流侧稳压电路(2)由第一稳压电容(C1)和第二稳压电容(C2)组成，第一稳压电容(C1)的正极与直流端口的正极相连，第一稳压电容(C1)的负极与第二稳压电容(C2)的正极相连，第二稳压电容(C2)的负极与直流端口的负极相连。
5.根据权利要求4所述的一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑，其特征在于，所述直流端口串联连接有用于稳压和滤波的滤波电感。
6.根据权利要求1所述的一种桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑，其特征在于，将所述上开关电路(11)中的第一电感(L1)和下开关电路(12)中的第二电感(L2)以及交流侧滤波电感(Lf)整合成一个电感。
7.基于权利要求1-6任意一项所述的桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑的控制方法，其特征在于，所述控制方法如下：
当检测到x相交流侧电压vx从负值变为零时，开始计时，延迟(θ/2π)*Ts时间后，导通第一开关器件(Sx1)和第三开关器件(Sx3)，经过Ts/2的导通时间后，第一开关器件(Sx1)和第三开关器件(Sx3)关断，同时触发第二开关器件(Sx2)和第四开关器件(Sx4)导通，其中，θ为导通延时角，Ts为换流器的交流端口的交流电压周期；
当检测到x相交流侧电压vx从正值变为零时，开始计时，延迟(θ/2π)*Ts时间后，导通第二开关器件(Sx2)和第四开关器件(Sx4)，经过Ts/2的导通时间后，第二开关器件(Sx2)和第四开关器件(Sx4)关断，同时触发第一开关器件(Sx1)和第三开关器件(Sx3)导通；
当第一开关器件(Sx1)和第三开关器件(Sx3)导通时，飞跨桥臂(13)的输入端通过第一开关器件(Sx1)与直流端口的正极相连，飞跨桥臂(13)的输出端通过第三开关器件(Sx3)与换流器的交流端口相连，飞跨桥臂(13)调制的电压如下式：
Figure FDA0003481137880000041
x＝a,b,c；
当第二开关器件(Sx2)和第四开关器件(Sx4)导通时，飞跨桥臂(13)的输入端通过第二开关器件(Sx2)与换流器的交流端口相连，飞跨桥臂(13)的输出端通过第四开关器件(Sx4)与直流端口的负极相连，飞跨桥臂(13)调制的电压如下式：
Figure FDA0003481137880000042
x＝a,b,c。
8.根据权利要求7所述的桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑的控制方法，其特征在于，所述导通延时角θ根据功率因数角
Figure FDA0003481137880000045
和调制度m求得，功率因数角
Figure FDA0003481137880000046
表示为换流器的交流端口电压和电流的相位差；
所述调制度m为换流器的交流端口交流电源相电压峰值与直流端口电压一半的比值，根据功率因数角
Figure FDA0003481137880000043
和调制度m可求得导通延时角θ的值，如下式所示：
Figure FDA0003481137880000044
9.根据权利要求8所述的桥臂飞跨型模块化多电平换流器拓扑的控制方法，其特征在于，当检测到换流器直流端口发生短路故障时，检测x相交流侧电压vx的值，当vx的值大于或等于零时，导通第一开关器件(Sx1)和第三开关器件(Sx3)，关断第二开关器件(Sx2)和第四开关器件(Sx4)，同时，飞跨桥臂(13)调制的电压如下式：
vFx1Fx2＝-vx，
当vx的值小于零时，导通第二开关器件(Sx2)和第四开关器件(Sx4)，关断第一开关器件(Sx1)和第三开关器件(Sx3)，同时，飞跨桥臂(13)调制的电压如下式：
vFx1Fx2＝vx，
此时，换流器工作于静止无功补偿器模式；
当检测到换流器直流端口短路故障已被清除时，将换流器的控制方法切换至上述检测到换流器直流端口发生短路故障前的控制方法，实现故障的穿越。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115441757A (zh) * 2022-08-30 2022-12-06 江苏科曜能源科技有限公司 一种五电平pwm整流器及供电设备

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