本發(fā)明涉及直流輸電
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種單向電流型模塊化多電平換流器。
背景技術(shù)：
：柔性直流輸電技術(shù)是一種基于電壓源換流器的新型的高壓直流輸電技術(shù)，是通過控制電壓源換流器中全控型電力電子器件的開通和關(guān)斷，改變輸出電壓的相角和幅值，可實(shí)現(xiàn)對交流側(cè)有功功率和無功功率的控制，達(dá)到功率輸送和穩(wěn)定電網(wǎng)等目的。具有擴(kuò)展性好、諧波畸變率小、開關(guān)頻率低、開關(guān)損耗小、模塊化結(jié)構(gòu)易于封裝等優(yōu)點(diǎn)?？墒巩?dāng)前交直流輸電技術(shù)面臨的諸多問題迎刃而解，為輸電方式變革和構(gòu)建未來電網(wǎng)提供了一個(gè)嶄新的解決方案。而目前影響柔性直流輸電發(fā)展的一個(gè)重要因素是其成本及系統(tǒng)損耗，目前柔性直流輸電技術(shù)多采用基于半橋子模塊的模塊化多電平換流器技術(shù)，具有雙向傳輸功率的能力。但在很多輸電場合，直流電流僅需單向流動(dòng)，為了適應(yīng)單向功率傳輸?shù)膱龊?，現(xiàn)有技術(shù)中針對單向功率傳輸采用的模塊化多電平換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1和圖2所示：圖1為現(xiàn)有技術(shù)中單向整流型全橋子模塊拓?fù)?，主要?個(gè)igbt、2個(gè)二極管與一個(gè)直流電容組成，全控型電力電子器件t1、t2均導(dǎo)通時(shí)，子模塊輸出電壓為vc；t1、t2均關(guān)斷時(shí)，子模塊輸出電壓為‐vc；t1導(dǎo)通、t2關(guān)斷或t1關(guān)斷、t2導(dǎo)通時(shí)，子模塊輸出電壓為0。其輸出狀態(tài)如表1所示：表1單向整流型全橋子模塊開通狀態(tài)圖2為現(xiàn)有技術(shù)中單向逆變型全橋子模塊拓?fù)洌Y(jié)構(gòu)與單向整流型全橋子模塊較為相似，也是由2個(gè)igbt、2個(gè)二極管與一個(gè)直流電容組成，只是每個(gè)橋臂的全控型電力電子器件和二極管位置相互進(jìn)行了調(diào)換。全控型電力電子器件t1、t2均關(guān)斷時(shí)，子模塊輸出電壓為vc；t1、t2均導(dǎo)通時(shí)，子模塊輸出電壓為‐vc；t2導(dǎo)通、t1關(guān)斷或t2關(guān)斷、t1導(dǎo)通時(shí)，子模塊輸出電壓為0。表2單向逆變型全橋子模塊開通狀態(tài)雖然現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)有相關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可滿足直流電流單向傳輸?shù)男枨?，但是系統(tǒng)成本及損耗仍然需要進(jìn)一步降低及優(yōu)化，所以不斷探索和研究新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是解決目前所存在問題的關(guān)鍵。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種單向電流型模塊化多電平換流器，該換流器中的系統(tǒng)子模塊采用單向電流型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對現(xiàn)有技術(shù)，減小了電力電子開關(guān)管和二極管數(shù)量，大大的降低了換流器的成本及系統(tǒng)損耗，有效的提升了系統(tǒng)效率及可靠性。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下方案：一種單向電流型模塊化多電平換流器，采用三相全橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每一相包括上橋臂和下橋臂，每個(gè)橋臂分別由n個(gè)相同的子模塊級(jí)聯(lián)構(gòu)成，n為任意不小于1的整數(shù)，每相的上橋臂下端和下橋臂上端各通過一個(gè)電感連接在一起，兩電感連接點(diǎn)為該相的交流母線，所有相的上橋臂上端連接在一起成為直流正母線，所有相的下橋臂下端連接在一起成為直流負(fù)母線，上橋臂和下橋臂中級(jí)聯(lián)的子模塊采用單向電流型子模塊；所述單向電流型子模塊包括3個(gè)全控型電力電子器件t1、t2、t3，3個(gè)二極管d1、d2、d3和2個(gè)直流電容c1、c2；第一全控型電力電子器件t1的集電極或發(fā)射極與第一二極管d1的相串接后與第一直流電容c1相并聯(lián)，第一全控型電力電子器件t1與第一二極管d1串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的正輸出端；相應(yīng)的第三全控型電力電子器件t3的發(fā)射極或集電極與第三二極管d3的相串接后與第二直流電容c2相并聯(lián)，第三全控型電力電子器件t3的發(fā)射極與第三二極管d3串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的負(fù)輸出端；第一直流電容c1與第二直流電容c2一正負(fù)極分別與第二全控型電力電子器件t2的集電極及發(fā)射極連接，第一直流電容c1與第二直流電容c2另一正負(fù)極之間連接第二二極管d2。優(yōu)選的，所述第一全控型電力電子器件t1的集電極與第一二極管d1的陽極相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的正輸出端，所述第一直流電容c1與相串聯(lián)的第一全控型電力電子器件t1和第一二極管d1相并聯(lián)，其第一直流電容c1的正極與第一二極管d1的陽極相連接，第一直流電容c1的負(fù)極與第一全控型電力電子器件t1的發(fā)射極相連接；所述第三全控型電力電子器件t3的發(fā)射極與第三二極管d3的陰極相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的負(fù)輸出端，所述第二直流電容c2與相串聯(lián)的第三全控型電力電子器件t3和第三二極管d3相并聯(lián)，其第二直流電容c2的負(fù)極與第三二極管d3的陽極相連接，第二直流電容c2的正極與第三全控型電力電子器件t3的集電極相連接；第二二極管d2的陽極與陰極分別與第一直流電容c1的負(fù)極以及第二直流電容c2的正極相聯(lián)接，第二全控型電力電子器件t2的集電極以及發(fā)射極分別于第一直流電容c1的正極以及第二直流電容c2的負(fù)極相聯(lián)接；優(yōu)選的，所述第一全控型電力電子器件t1的發(fā)射極與第一二極管d1的陰極相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的正輸出端，所述第一直流電容c1與相串聯(lián)的第一全控型電力電子器件t1和第一二極管d1相并聯(lián)，其第一直流電容c1的負(fù)極與第一二極管d1的陽極相連接，第一直流電容c1的正極與第一全控型電力電子器件t1的集電極相連接；所述第三全控型電力電子器件t3的集電極與第三二極管d3的陽極相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的負(fù)輸出端，所述第二直流電容c2與相串聯(lián)的第三全控型電力電子器件t3和第三二極管d3相并聯(lián)，其第二直流電容c2的正極與第三二極管d3的陰極相連接，第二直流電容c2的負(fù)極與第三全控型電力電子器件t3的發(fā)射極相連接；第二全控型電力電子器件t2的發(fā)射極以及集電極分別于第一直流電容c1的負(fù)極以及第二直流電容c2的正極相聯(lián)接，第二二極管d2的陰極與陽極分別與第一直流電容c1的正極以及第二直流電容c2的負(fù)極相聯(lián)接。本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)優(yōu)勢：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在成本上更具有優(yōu)勢，從實(shí)現(xiàn)相同電平數(shù)的情況下，現(xiàn)有技術(shù)采用的一個(gè)全橋子模塊可以輸出一個(gè)電平，而本發(fā)明提出的子模塊可以輸出兩個(gè)電平，等效為兩個(gè)單向的全橋子模塊，而要達(dá)到本發(fā)明同樣的技術(shù)效果，現(xiàn)有技術(shù)需要兩個(gè)單向全橋子模塊才能實(shí)現(xiàn)，那么總共需要4個(gè)全控型電力電子器件、4個(gè)二極管和2個(gè)直流電容，而本發(fā)明只需要3個(gè)全控型電力電子器件、3個(gè)二極管和2個(gè)直流電容，所以比現(xiàn)有技術(shù)所使用的器件更少，對于可靠性上也有一定程度的提升，也節(jié)省了成本。本發(fā)明應(yīng)用于單向電流型模塊化多電平換流器中，具有阻斷直流故障電流功能的子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適用于橋臂電流單向的應(yīng)用場合。該新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過對電子器件合理的設(shè)計(jì)，在滿足同樣需求的情況下，減小了系統(tǒng)中電力電子開關(guān)管和二極管數(shù)量，所以該新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可大大的降低系統(tǒng)成本、減少系統(tǒng)損耗、提升系統(tǒng)的可靠性。附圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)中單向整流型全橋子模塊拓?fù)鋱D2為現(xiàn)有技術(shù)中單向逆變型全橋子模塊拓?fù)鋱D3為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖圖4為新型逆變型單向級(jí)聯(lián)型子模塊拓?fù)鋱D5為新型整流型單向級(jí)聯(lián)型子模塊拓?fù)鋱D6為新型逆變型單向交錯(cuò)級(jí)聯(lián)子模塊拓?fù)鋱D7為新型整流型單向交錯(cuò)級(jí)聯(lián)子模塊拓?fù)渚唧w實(shí)施方式下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參考圖3所示，本發(fā)明的單向電流型模塊化多電平換流器采用三相全橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每一相包括上橋臂和下橋臂，每個(gè)橋臂分別由n個(gè)相同的子模塊級(jí)聯(lián)構(gòu)成，n為任意不小于1的整數(shù)，每相的上橋臂下端和下橋臂上端各通過一個(gè)電感連接在一起，兩電感連接點(diǎn)為該相的交流母線，所有相的上橋臂上端連接在一起成為直流正母線，所有相的下橋臂下端連接在一起成為直流負(fù)母線，所述上橋臂和下橋臂中級(jí)聯(lián)的子模均塊采用單向電流型子模塊。單向電流型子模塊的適用條件是必須滿足橋臂電流是單向的，在不考慮環(huán)流的情況下，需滿足下式：其中uac為交流線電壓有效值，s為視在功率，udc為直流電壓，p為有功功率。圖4為逆變型單向級(jí)聯(lián)型子模塊拓?fù)?，包?個(gè)全控型電力電子器件t1、t2、t3、3個(gè)二極管d1、d2、d3和2個(gè)直流電容c1、c2；第一全控型電力電子器件t1的集電極與第一二極管d1的陽極相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的正輸出端，所述第一直流電容c1與相串聯(lián)的第一全控型電力電子器件t1和第一二極管d1相并聯(lián)，其第一直流電容c1的正極與第一二極管d1的陽極相連接，第一直流電容c1的負(fù)極與第一全控型電力電子器件t1的發(fā)射極相連接，所述第三全控型電力電子器件t3的發(fā)射極與第三二極管d3的陰極相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的負(fù)輸出端。第二直流電容c2與相串聯(lián)的第三全控型電力電子器件t3和第三二極管d3相并聯(lián)，其第二直流電容c2的負(fù)極與第三二極管d3的陽極相連接，第二直流電容c2的正極與第三全控型電力電子器件t3的集電極相連接，第二二極管d2的陽極與陰極分別與第一直流電容c1的負(fù)極以及第二直流電容c2的正極相聯(lián)接；第二全控型電力電子器件t2的集電極以及發(fā)射極分別于第一直流電容c1的正極以及第二直流電容c2的負(fù)極相聯(lián)接。單向電流型子模塊輸出電平與各全控型電力電子器件開關(guān)狀態(tài)如表3所示。表3單向逆變型級(jí)聯(lián)子模塊工作狀態(tài)t1t2t3輸出電平0002vc001vc1010011-vc111-2vc圖5為整流型單向級(jí)聯(lián)型子模塊拓?fù)?，包?個(gè)全控型電力電子器件t1、t2、t3、3個(gè)二極管d1、d2、d3和2個(gè)直流電容c1、c2；第一全控型電力電子器件t1的發(fā)射極與第一二極管d1的陰極相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的正輸出端，所述第一直流電容c1與相串聯(lián)的第一全控型電力電子器件t1和第一二極管d1相并聯(lián)，其第一直流電容c1的負(fù)極與第一二極管d1的陽極相連接，第一直流電容c1的正極與第一全控型電力電子器件t1的集電極相連接。第三全控型電力電子器件t3的集電極與第三二極管d3的陽極相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的負(fù)輸出端，所述第二直流電容c2與相串聯(lián)的第三全控型電力電子器件t3和第三二極管d3相并聯(lián)，其第二直流電容c2的正極與第三二極管d3的陰極相連接，第二直流電容c2的負(fù)極與第三全控型電力電子器件t3的發(fā)射極相連接。第二全控型電力電子器件t2的發(fā)射極以及集電極分別于第一直流電容c1的負(fù)極以及第二直流電容c2的正極相聯(lián)接，第二二極管d2的陰極與陽極分別與第一直流電容c1的正極以及第二直流電容c2的負(fù)極相聯(lián)接。所述單向整流型級(jí)聯(lián)子模塊的輸出電平與各全控型電力電子器件開關(guān)狀態(tài)如表4所示。表4單向整流型級(jí)聯(lián)子模塊工作狀態(tài)t1t2t3輸出電平0002vc010vc1010001-vc000-2vc圖6為逆變型單向交錯(cuò)級(jí)聯(lián)子模塊拓?fù)?，包?個(gè)全控型電力電子器件t1、t2、t3、3個(gè)二極管d1、d2、d3和2個(gè)直流電容c1、c2；第一二極管d1的陽極與第一全控型電力電子器件t1的集電極與相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的正輸出端，所述第一直流電容c1與相串聯(lián)的第一二極管d1和第一全控型電力電子器件t1相并聯(lián)，其第一直流電容c1的正極與第一二極管d1的陰極相連接，第一直流電容c1的負(fù)極與第一全控型電力電子器件t1的發(fā)射極相連接。第三全控型電力電子器件t3的發(fā)射極與第三二極管d3的陰極相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的負(fù)輸出端，所述第二直流電容c2與相串聯(lián)的第三全控型電力電子器件t3和第三二極管d3相并聯(lián)，其第二直流電容c2的正極與第三全控型電力電子器件t3的集電極相連接，第二直流電容c2的負(fù)極與第三二極管d3的陽極相連接，第二二極管d2的陽極與陰極分別與第一直流電容c1的負(fù)極以及第二直流電容c2的正極相聯(lián)接。第二全控型電力電子器件t2的集電極以及發(fā)射極分別于第一直流電容c1的正極以及第二直流電容c2的負(fù)極相聯(lián)接。所述單向逆變型交錯(cuò)級(jí)聯(lián)子模塊的輸出電平與各全控型電力電子器件開關(guān)狀態(tài)如表5所示。表5單向逆變型交錯(cuò)級(jí)聯(lián)子模塊工作狀態(tài)t1t2t3輸出電平0002vc001vc1010011-vc111-2vc圖7為整流型單向交錯(cuò)級(jí)聯(lián)子模塊拓?fù)?，包?個(gè)全控型電力電子器件t1、t2、t3、3個(gè)二極管d1、d2、d3和2個(gè)直流電容c1、c2。所述第一全控型電力電子器件t1的發(fā)射極與第一二極管d1的陰極相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的正輸出端，所述第一直流電容c1與相串聯(lián)的第一全控型電力電子器件t1和第一二極管d1相并聯(lián)，其第一直流電容c1的正極與第一全控型電力電子器件t1的集電極相連接，第一直流電容c1的負(fù)極與第一二極管d1的陽極相連接。第三二極管d3的陽極與第三全控型電力電子器件t3的集電極相串接，且串聯(lián)接點(diǎn)為單向電流型子模塊的負(fù)輸出端，所述第二直流電容c2與相串聯(lián)的第三全控型電力電子器件t3和第三二極管d3相并聯(lián)，其第二直流電容c2的正極與第三二極管d3的陰極相連接，第二直流電容c2的負(fù)極與第三全控型電力電子器件t3的發(fā)射極相連接第二全控型電力電子器件t2的發(fā)射極以及集電極分別于第一直流電容c1的負(fù)極以及第二直流電容c2的正極相聯(lián)接，第二二極管d2的陰極與陽極分別與第一直流電容c1的正極以及第二直流電容c2的負(fù)極相聯(lián)接。所述單向整流型交錯(cuò)級(jí)聯(lián)子模塊的輸出電平與各全控型電力電子器件開關(guān)狀態(tài)如表6所示。表6單向整流型交錯(cuò)級(jí)聯(lián)子模塊工作狀態(tài)t1t2t3輸出電平0002vc010vc1010001-vc000-2vc以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，對于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12