一种新型开关模块、新型AC/DC变换器及控制方法技术

本发明专利技术提供了一种新型开关模块、新型AC/DC变换器及控制方法，其中，所述新型开关模块包括功率开关器件T1、二极管D1均压电容C1和耗能元件H1，其中，所述二极管D1的阳极连接在功率开关器件T1的阳极，所述均压电容C1的一端与二极管D1的阴极连接，所述均压电容C1的另一端与功率开关器件T1的阴极连接，所述耗能元件H1的一端与均压电容C1的一端连接，所述耗能元件H1的另一端与均压电容C1的另一端连接，所述功率开关器件T1上反并联有二极管。本发明专利技术可实现驱动电源和控制系统的自取能，同时可实现部分功率开关器件的软开关。功率开关器件的软开关。功率开关器件的软开关。

【技术实现步骤摘要】
一种新型开关模块、新型AC/DC变换器及控制方法


[0001]本专利技术属于直流输电系统
，特别涉及一种新型开关模块、新型AC/DC变换器及控制方法。

技术介绍

[0002]随着新能源发电的蓬勃发展，直流输电系统在输送效率、稳定性、可控性方面较交流系统具有明显优势，得到了广泛的关注。
[0003]现有直流输电系统基于模块化多电平换流器(ModularMultilevel Converter,MMC)中，国内外基于MMC的柔性直流输电系统已有较多工程应用。MMC可以实现不同电压等级和容量等级的AC/DC变换，具有耐高压、大容量、成熟度高的特点。然而，MMC桥臂数众多，(比如，三相MMC需要6个桥臂)、直流电压利用率低(交流电压峰值是一相桥臂模块电压的1/4)、模块电容巨大(模块电容需要吸收工频和二倍频波动)、损耗较高(所有开关器件均硬开关)。因此，MMC具有成本高、体积大、重量大的问题。上述问题制约了直流输电系统的发展，特别是海上风电系统，海上平台造价非常高昂，换流器体积和重量严重影响了海上平台造价，基于MMC的海上风电直流输电系统，成本相当高昂。
[0004]因此，需要设计一种新型开关模块、新型AC/DC变换器及控制方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术提供了一种新型开关模块，其中，所述新型开关模块包括功率开关器件T1、二极管D1均压电容C1和耗能元件H1，其中，
[0006]所述二极管D1的阳极连接在功率开关器件T1的阳极，所述均压电容C1的一端与二极管D1的阴极连接，所述均压电容C1的另一端与功率开关器件T1的阴极连接，所述耗能元件H1的一端与均压电容C1的一端连接，所述耗能元件H1的另一端与均压电容C1的另一端连接，所述功率开关器件T1上反并联有二极管。
[0007]进一步地，所述新型开关模块还包括旁路元件K1，所述旁路元件K1的一端连接在功率开关器件T1的阳极，旁路元件K1的另一端连接在功率开关器件T1的阴极。
[0008]进一步地，所述旁路元件K1为机械开关、半导体开关以及晶闸管中的任意一种或多种的组合。
[0009]进一步地，所述耗能元件H1为取能电源、第一耗能电阻以及可投切的耗能电阻中的任意一种或组合，其中，可投切的耗能电阻包含为第二耗能电阻以及与第二耗能电阻串联的开关。
[0010]一方面，本专利技术还提供一种新型AC/DC变换器，其中，所述变换器包括新型开关阀以及开关电容阀，所述开关电容阀与新型开关阀连接，其中，
[0011]所述新型开关阀包括并联的多个桥臂，每个所述桥臂均包括串联的上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括多个串联的新型开关模块，所述新型开关模块为上述的新
型开关模块。
[0012]进一步地，所述变换器还包括变压器和电抗器，所述电抗器和变压器均与新型开关阀连接，其中，
[0013]所述开关电容阀连接在电抗器和新型开关阀之间或新型开关阀与变压器之间。
[0014]进一步地，所述开关电容阀包括多个串联的开关电容模块。
[0015]进一步地，所述开关电容模块为半桥模块、全桥模块以及混合模块中的任意一种或多种的组合。
[0016]进一步地，所述混合模块包括串联的第一数量的半桥模块和串联的第二数量的全桥模块，其中，
[0017]串联的第一数量的半桥模块与串联的第二数量的全桥模块串联。
[0018]进一步地，所述开关电容模块上连接有旁路开关K2。
[0019]进一步地，所述旁路开关K2为机械开关、半导体开关以及晶闸管中的任意一种或多种的组合。
[0020]一方面，本专利技术还提供一种组合变换器，其中，所述组合变换器包括至少两个串联的变换器，至少一个所述变换器为上述的变换器。
[0021]一方面，本专利技术还提供一种新型AC/DC变换器的控制方法，所述变换器采用上述的变换器，所述控制方法包括：
[0022]控制开关电容阀的输出电压，使其在新型开关阀切换通断状态前设定时间下降至0，以实现新型开关阀软开关。
[0023]本专利技术提供了一种新型开关模块、新型AC/DC变换器及控制方法，变换器对应拓扑不仅功率开关器件数量和电容用量较MMC大幅降低，还可保证新型开关阀中功率开关器件电压的一致性，并可实现驱动电源和控制系统的自取能，同时可实现部分功率开关器件的软开关，较MMC具有低成本、小体积、重量轻、高效率的特点，较器件串联的VSC(VoltageSource Converter,VSC)具有高可靠、高效率、易于工程化的特点。
[0024]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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。
[0026]图1示出了根据本专利技术实施例的一种新型AC/DC变换器的拓扑图。
[0027]图2示出了根据本专利技术实施例的新型开关模块的拓扑图。
[0028]图3示出了根据本专利技术实施例的当耗能元件H1为取能电源时，耗能元件H1的拓扑图。
[0029]图4示出了根据本专利技术实施例的当耗能元件H1为第一耗能电阻时，耗能元件H1的拓扑图。
[0030]图5示出了根据本专利技术实施例的当耗能元件H1为可投切的耗能电阻，耗能元件H1的拓扑图。
[0031]图6示出了根据本专利技术实施例的组合形式一的拓扑图。
[0032]图7示出了根据本专利技术实施例的组合形式二的拓扑图。
[0033]图8示出了根据本专利技术实施例的组合形式三的拓扑图。
[0034]图9示出了根据本专利技术实施例的当开关电容模块为半桥模块时，开关电容阀的拓扑图。
[0035]图10示出了根据本专利技术实施例的当开关电容模块为全桥模块时，开关电容阀的拓扑图。
[0036]图11示出了根据本专利技术实施例的混合模块的拓扑图。
[0037]图12示出了根据本专利技术实施例的不设置变压器，且开关电容模块上不布置耗能元件H2时的变换器拓扑图。
[0038]图13示出了根据本专利技术实施例的不设置变压器、开关电容模块上不布置耗能元件H2以及电抗器位于变换器DC端口正极设置时的变换器拓扑图。
[0039]图14示出了根据本专利技术实施例的不设置变压器、开关电容模块上不布置耗能元件H2以及电抗器位于变换器DC端口负极设置时的变换器拓扑图。
[0040]图15示出了根据本专利技术实施例的新型开关阀采用的是半桥结构时的变换器拓扑图。
[0041]图16示出了根据本专利技术实施例的不设置变压器、开关电容模块上不布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型开关模块，其中，所述新型开关模块包括功率开关器件T1、二极管D1均压电容C1和耗能元件H1，其中，所述二极管D1的阳极连接在功率开关器件T1的阳极，所述均压电容C1的一端与二极管D1的阴极连接，所述均压电容C1的另一端与功率开关器件T1的阴极连接，所述耗能元件H1的一端与均压电容C1的一端连接，所述耗能元件H1的另一端与均压电容C1的另一端连接，所述功率开关器件T1上反并联有二极管。2.根据权利要求1所述的一种新型开关模块，其中，所述新型开关模块还包括旁路元件K1，所述旁路元件K1的一端连接在功率开关器件T1的阳极，旁路元件K1的另一端连接在功率开关器件T1的阴极。3.根据权利要求1所述的一种新型开关模块，其中，所述旁路元件K1为机械开关、半导体开关以及晶闸管中的任意一种或多种的组合。4.根据权利要求3所述的一种新型开关模块，其中，所述耗能元件H1为取能电源、第一耗能电阻以及可投切的耗能电阻中的任意一种或组合，其中，可投切的耗能电阻包含为第二耗能电阻以及与第二耗能电阻串联的开关。5.一种新型AC/DC变换器，其中，所述变换器包括新型开关阀以及开关电容阀，所述开关电容阀与新型开关阀连接，其中，所述新型开关阀包括并联的多个桥臂，每个所述桥臂均包括串联的上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括多个串联的新型开关模块，所述新型开关模块为权利要求1
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4任一项的新型开关模块。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彪，张雪垠，白睿航，屈鲁，余占清，宋强，曾嵘，
申请(专利权)人：清华四川能源互联网研究院，
类型：发明
国别省市：