一种降低直流侧谐波的换流器结构制造技术

本发明专利技术公开了一种降低直流侧谐波的换流器结构，涉及降低桥臂交替导通多电平换流器直流侧谐波的方法，通过对将两个桥臂交替导通多电平换流器在直流侧进行串联，在交流侧通过变压器使换流器系统侧电压的相角相差30°，可以显著降低直流侧电压的谐波含量。本发明专利技术的益处是可以显著降低桥臂交替导通多电平换流器直流侧的谐波，降低直流侧电容和电抗器的成本。

Converter structure for reducing DC side harmonic

The invention discloses a method for reducing the converter DC side harmonic structure, alternate method involves reducing the conduction of multilevel converter harmonic DC bridge arm, the two arm bridge alternate conduction multilevel converters are connected in series in the DC side on the AC side through the transformer phase converter system side voltage difference of 30 degrees, can significantly reduce the harmonic content of DC voltage. The invention has the advantages that the harmonics of the DC side of the alternating current of the bridge arm can be significantly reduced, and the cost of the DC side capacitor and the reactor can be reduced.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直流输电领域，特别涉及一种降低直流侧谐波的换流器结构。
技术介绍
柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的传输、提高交流系统的输电能力，易于构成多端直流输电系统，在可再生能源的发电并网、孤岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。目前柔性直流输电电压源换流器拓扑多采用模块化多电平(modularmulti-levelconverter)技术，当采用半桥子模块构成MMC换流器时，存在直流侧短路故障电流无法阻断的问题；当采用全桥子模块构成MMC换流器时，具有成本高、损耗大的缺点。桥臂交替导通多电平换流器(Alternate-ArmMultilevelConverter)，简称AAMC是电压源换流器的另外一种选择，与MMC换流器相比，AAMC换流器桥臂由多个全桥子模块和开关器件串联组成，上下桥臂轮流导通，每个桥臂只导通半个周期，以此产生输出交流电压和直流电压，其子模块数量相对MMC可以大大降低，桥臂电流有效值也将大大下降，成本、损耗与采用半桥子模块的MMC换流器相比增加不多。如附图1所示的AAMC换流器，基于基尔霍夫节点电流定律，可以得到阀组上半部分和下半部分的交直流电流耦合关系如下：iap(t)+ibp(t)+icp(t)-icapp(t)-iDCp(t)=0ian(t)+ibn(t)+icn(t)-icapn(t)-iDCn(t)=0---(1)]]>以阀组上半部分三个桥臂的开关函数代入，可以得到阀组上半部分的电流关系如下：iDCp(t)+icapp(t)＝Sap(t)iap(t)+Sbp(t)ibp(t)+Scp(t)icp(t)(2)假设上下桥臂轮流导通(即不同时导通，且每个桥臂导通半个周期)，以上、下桥臂切换时a相电流的相位δ为初相位，得到三相电流的表达式如下：ia(t)=Imsin(ωt+δ)ib(t)=Imsin(ωt+δ-2π/3)ic(t)=Imsin(ωt+δ+2π/3)---(3)]]>假设a相在t＝0时换流，b相、c相依次延迟1/3个周期进行上、下桥臂的换流，则可以得到阀组上半部分三个桥臂的开关函数如下：Sap(t)=1t=0~π0t=π~2πSbp(t)=0t=0~2π/31t=2π/3~5π/30t=5π/3~2πScp(t)=0t=0~π/31t=π/3~4π/30t=4π/3~2π---(4)]]>开关函数如附图2所示，将开关函数代入式(2)，则阀组上半部分三个桥臂电流之和可以用下面的表达式来表示：iDC(t)+icap(t)=ia(t)+ic(t)=-ib(t)t=0~π/3ia(t)t=π/3~2π/3ia(t)+ib(t)=-ic(t)t=2π/3~πib(t)t=π~4π/3ib(t)+ic(t)=-ia(t)t=4π/3~5π/3ic(t)t=5π/3~2π---(5)]]>iDC(t)+icap(t)=-IACmsin(ωt+δ-2π/3)t=0~π/3IACmsin(ωt+δ)t=π/3~2π/3-IACmsin(ωt+δ+2π/3)t=2π/3~πIACmsin(ωt+δ-2π/3)t=π~4π/3-IACmsin(ωt+δ)t=4π/3~5π/3IACmsin(ωt+δ+2π/3)t=5π/3~2π---(6)]]>上述电流实际上可以下式所表示的波形进行周期性重复得到：iDC(t)+icap(t)=Imsin(ωt+δ′)(ωt=0~π/3,δ′=δ-π/3)---(7)]]>直流侧电流如附图3所示的，从该图可以看到直流侧电流是一个六脉动电流，含有6k次谐波分量。因此，直流侧电流的六脉动特性是AAMC换流器的一个重要特征，其中含有的谐波分量将影响阀组的运行，并对直流线路周围的通讯等设施形成干扰，因此需要在换流器直流侧装设电容器、电抗器进行滤波。由于谐波次数低、在一些工况下幅值比较大，需要很大的电抗器才能使谐波电流满足电网运行规范的要求。因此，需要提出改进的阀组结构，降低直流侧谐波电流。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种串联的AAMC阀组结构，该结构通过让上、下两个串联的AAMC阀组直流侧纹波电压的峰、谷互相错开，来降低总的直流电压的纹波。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：采用三绕组的换流变压器，三绕组换流变压器的第1绕组与电网相连，第2绕组与第一桥臂轮流导通的换流阀组的交流端口相连，第3绕组与第二桥臂轮流导通的换流阀组的交流端口相连，第2绕组输出的交流电压相位领先或滞后第3绕组输出的交流电压相位30°；第一桥臂轮流导通的换流阀组由6个桥臂组成，每个桥臂由多个H桥子模块和多个开关器件串联组成，桥臂1、2、3的第1连接点连接组成该阀组的直流正极；桥臂4、5、6的第2连接点连接组成该阀组的直流负极；桥臂1的第2连接点与桥臂4的第1连接点连接组成，然后经过A相换流电抗器与换流变压器第2绕组的A相相连；桥臂2的第2连接点与桥臂5的第1连接点连接组成，然后经过B相换流电抗器与换流变压器第2绕组的B相相连；桥臂3的第2连接点与桥臂4的第6连接点连接组成，然后经过C相换流电抗器与换流变压器第2绕组的C相相连；第二桥臂轮流导通的换流阀组与换流阀组1类似，由6个桥臂组成，每个桥臂由多个H桥子模块和多个开关器件串联组成，桥臂1、2、3的第1连接点连接组成该阀组的直流正极；桥臂4、5、6的第2连接点连接组成该阀组的直流负极；桥臂1的第2连接点与桥臂4的第1连接点连接组成，然后经过A相换流电抗器与换流变压器第3绕组的A相相连；桥臂2的第2连接点与桥臂5的第1连接点连接组成，然后经过B相换流电抗器与换流变压器第3绕组的B相相连；桥臂3的第2连接点与桥臂4的第6连接点连接组成，然后经过C相换流电抗器与换流变压器第3绕组的C相相连；第一桥臂轮流导通的换流阀组的直流负极与第二桥臂轮流导通的换流阀组的直流正极连接；第一直流支撑电容第1连接点与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低直流侧谐波的换流器结构，其特征在于：包括三绕组的换流变压器、第一桥臂轮流导通的换流阀组、第二桥臂轮流导通的换流阀组、第一直流支撑电容、第二直流支撑电容、正极直流电抗器以及负极直流电抗器。

【技术特征摘要】
1.一种降低直流侧谐波的换流器结构，其特征在于：包括三绕组的换流变压器、第一桥臂轮流导通的换流阀组、第二桥臂轮流导通的换流阀组、第一直流支撑电容、第二直流支撑电容、正极直流电抗器以及负极直流电抗器。
2.如权利要求1所述的一种降低直流侧谐波的换流器结构，其特征在于：所述三绕组的换流变压器中，换流变压器的第1绕组与电网相连，第2绕组与第一桥臂轮流导通的换流阀组的交流端口相连，第3绕组与第二桥臂轮流导通的换流阀组的交流端口相连，第2绕组输出的交流电压相位领先或滞后第3绕组输出的交流电压相位30°。
3.如权利要求1所述的一种降低直流侧谐波的换流器结构，其特征在于：所述三绕组的换流变压器可以替换为两个独立的变压器，所述两个独立变压器原边同相端连接在一起，变压器副边同相端电压相位相差30°或﹣30°。
4.如权利要求1所述的一种降低直流侧谐波的换流器结构，其特征在于：所述第一桥臂轮流导通的换流阀组和第二桥臂轮流导通的换流阀组均由6个桥臂组成，设定为桥臂1至桥臂6，每个桥臂由复数个H桥子模块和复数个开关器件串联组成；
桥臂1、桥臂2、桥臂3的第1连接点连接组成该换流阀组的直流正极；桥臂4、桥臂5、桥臂6的第2连接点连接组成该换流阀组的直流负极；
桥臂1的第2连接点与桥臂4的第1连接点连接，然后经过A相换流电抗器与换流变压器第2绕组的A相相连；桥臂2的第2连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亚东，汪涛，汪楠楠，李广华，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，常州博瑞电力自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32