本發(fā)明涉及電氣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變流器。

背景技術(shù)：

隨著傳統(tǒng)能源的短缺和環(huán)境惡化問題的不斷加劇，世界各國已經(jīng)認(rèn)識到能源的利用與開發(fā)必須從傳統(tǒng)能源向綠色可再生能源等清潔能源過渡。近年來，風(fēng)能、太陽能等新能源技術(shù)得到了快速發(fā)展，但由于其具有間歇性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，使得接納超大規(guī)模新能源的傳統(tǒng)技術(shù)受到越來越多的限制，必須采用新的技術(shù)、裝備和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來滿足未來能源格局的深刻變化。而基于常規(guī)直流及柔性直流的多端直流輸電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)技術(shù)是解決這一問題的有效技術(shù)手段之一。

傳統(tǒng)的模塊化多電平變流器都是基于電容子模塊結(jié)構(gòu)，通過對換流站輸出電壓進(jìn)行控制進(jìn)而控制輸出電流。

針對現(xiàn)有技術(shù)中，基于電容子模塊結(jié)構(gòu)的模塊化多電平變流器需要首先對換流站輸出電壓進(jìn)行控制才能進(jìn)一步控制輸出電流，而不能直接對換流站輸出電流進(jìn)行控制的問題，還未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種變流器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中基于電容子模塊結(jié)構(gòu)的模塊化多電平變流器需要首先對換流站輸出電壓進(jìn)行控制才能進(jìn)一步控制輸出電流，而不能直接對換流站輸出電流進(jìn)行控制的問題。

根據(jù)一個方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種變流器，包括：三個橋臂電路，其中，每個所述橋臂電路之間兩兩并聯(lián)連接，每個所述橋臂電路均包括串聯(lián)連接的上橋臂電路和下橋臂電路，并且每個所述橋臂電路的上橋臂電路的一端連接至正直流母線，每個所述橋臂電路的下橋臂電路的一端連接至負(fù)直流母線，每個所述橋臂電路的上橋臂電路與下橋臂電路的連接點(diǎn)作為所述變流器的輸出端，所述上橋臂電路和所述下橋臂電路中的至少一個包括至少一個并聯(lián)連接的相同的子單元，每個所述子單元包括電感和兩組雙向開關(guān)，其中，所述電感和所述兩組雙向開關(guān)兩兩之間并聯(lián)連接，每組雙向開關(guān)均包括兩個串聯(lián)連接的雙向開關(guān)。

可選地，所述輸出端連接至外界三相電網(wǎng)或者變壓器。

可選地，所述變流器還包括：串聯(lián)連接的至少一個電容，所述至少一個電容串聯(lián)連接在所述正直流母線與所述負(fù)直流母線之間。

可選地，所述兩組雙向開關(guān)中的第一組雙向開關(guān)中的兩個雙向開關(guān)的連接點(diǎn)作為所述子單元的第一引出端子，第二組雙向開關(guān)中的兩個雙向開關(guān)的連接點(diǎn)作為所述子單元的第二引出端子。

可選地，所述上橋臂電路中的至少一個所述子單元的第一引出端子連接在一起作為所述上橋臂電路的一端，所述上橋臂電路中的至少一個所述子單元的第二引出端子連接在一起作為所述上橋臂電路的另一端。

可選地，所述下橋臂電路中的至少一個所述子單元的第一引出端子連接在一起作為所述下橋臂電路的一端，所述下橋臂電路中的至少一個所述子單元的第二引出端子連接在一起作為所述下橋臂電路的另一端。

可選地，多個所述雙向開關(guān)中的至少一個包括帶反并聯(lián)二極管的晶體管。

可選地，所述晶體管為絕緣柵雙極型晶體管。

可選地，所述雙向開關(guān)包括多個所述晶體管，相鄰兩個所述晶體管中一個晶體管的集電極連接至另一個晶體管的發(fā)射極；多個所述晶體管的基極連接在一起作為所述雙向開關(guān)的控制端。

可選地，所述雙向開關(guān)包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管和所述晶體管，其中，所述第一二極管的陽極連接至所述第二二極管的陰極，所述第三二極管的陽極連接至所述第四二極管的陰極，所述第一二極管的陰極和所述第三二極管的陰極連接至所述晶體管的集電極，所述第二二極管的陽極和所述第四二極管的陽極連接至所述晶體管的發(fā)射極，所述晶體管的基極作為所述雙向開關(guān)的控制端。

通過本發(fā)明，采用一種變流器包括：三個橋臂電路，其中，每個橋臂電路之間兩兩并聯(lián)連接，每個橋臂電路均包括串聯(lián)連接的上橋臂電路和下橋臂電路，并且每個橋臂電路的上橋臂電路的一端連接至正直流母線，每個橋臂電路的下橋臂電路的一端連接至負(fù)直流母線，每個橋臂電路的上橋臂電路與下橋臂電路的連接點(diǎn)作為變流器的輸出端，上橋臂電路和下橋臂電路中的至少一個包括至少一個并聯(lián)連接的相同的子單元，每個子單元包括電感和兩組雙向開關(guān)，其中，電感和兩組雙向開關(guān)兩兩之間并聯(lián)連接，每組雙向開關(guān)均包括兩個串聯(lián)連接的雙向開關(guān)。解決了現(xiàn)有技術(shù)中基于電容子模塊結(jié)構(gòu)的模塊化多電平變流器需要首先對換流站輸出電壓進(jìn)行控制才能進(jìn)一步控制輸出電流，而不能直接對換流站輸出電流進(jìn)行控制的問題，實(shí)現(xiàn)了直流輸電與電感儲能一體，更適應(yīng)風(fēng)能太陽能等出力隨機(jī)波動的能源接入電網(wǎng)；換流站容量升級時，可以保證直流電壓不變，增加子單元數(shù)量即可增大直流電流輸送能力；適用于具有大電流低電壓的超導(dǎo)直流輸電系統(tǒng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變流器的一個電路圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的上橋臂電路或者下橋臂電路示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變流器的另一個電路圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變流器的再一個電路圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙向開關(guān)的一個電路圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙向開關(guān)的另一個電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(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)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

實(shí)施例1

在本實(shí)施例中提供了一種變流器，圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變流器的一個電路圖；如圖1所示，包括：三個橋臂電路，其中，每個橋臂電路之間兩兩并聯(lián)連接，每個橋臂電路均包括串聯(lián)連接的上橋臂電路和下橋臂電路，并且每個橋臂電路的上橋臂電路的一端連接至正直流母線，每個橋臂電路的下橋臂電路的一端連接至負(fù)直流母線，每個橋臂電路的上橋臂電路與下橋臂電路的連接點(diǎn)作為變流器的輸出端。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的上橋臂電路或者下橋臂電路示意圖，如圖2所示，上橋臂電路和下橋臂電路中的至少一個包括至少一個并聯(lián)連接的相同的子單元，每個子單元包括電感和兩組雙向開關(guān)，其中，電感和兩組雙向開關(guān)兩兩之間并聯(lián)連接，每組雙向開關(guān)均包括兩個串聯(lián)連接的雙向開關(guān)。

從子單元的結(jié)構(gòu)角度來看，該子單元的近似結(jié)構(gòu)有兩種，一種是由一個電容和四個開關(guān)組成，一種是由一個電流源和四個開關(guān)組成，一種是由電壓源和四個開關(guān)構(gòu)成。

子單元一般應(yīng)用在電壓型模塊化多電平變流器，將子單元應(yīng)用在模塊化多電平電流型變流器主要難度在于各子單元內(nèi)部儲能電感的能量補(bǔ)充與能量均衡比較困難。因此現(xiàn)有技術(shù)中并沒有將“子單元”應(yīng)用于模塊化多電平電流型變流器中。

其中，由電流源和四個開關(guān)構(gòu)成的子單元可以并聯(lián)作為電流型變流器使用。但是缺點(diǎn)在于每個子單元內(nèi)都需要一個能夠持續(xù)輸出能量的電流源。由電壓源和四個開關(guān)構(gòu)成的子單元可以串聯(lián)作為電壓型變流器使用，缺點(diǎn)也在于每個子單元內(nèi)都需要一個能夠持續(xù)輸出能量的電壓源。由電容和四個開關(guān)構(gòu)成的子單元串聯(lián)起來之后也可以作為電壓型變流器使用，但是電容需要額外補(bǔ)充能量。在現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)計(jì)了多種能夠給電容補(bǔ)充能量的電容和四個開關(guān)構(gòu)成的子單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，例如模塊化多電平變流器。由電感和四個開關(guān)構(gòu)成的子單元并聯(lián)起來雖然也可以作為電壓源變流器，但是電感同樣需要補(bǔ)充能量。目前沒有適合的能夠使電感能量獲得補(bǔ)充的變流器電路結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可選實(shí)施例將由電感和四個開關(guān)構(gòu)成的子模塊連接成上述結(jié)構(gòu)時，不僅使其能夠作為電源對外輸出交流電，并且能夠通過每相得換流或者直流電壓給這種子單元內(nèi)的電感補(bǔ)充能量。

通過上述模塊化多電平電流型變流器，通過控制多個雙向開關(guān)中的一些開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)閉，可以直接對換流站輸出電流進(jìn)行控制，無需對電壓進(jìn)行控制，因此直流母線電壓相對較低，絕緣要求低，此外無需并網(wǎng)電感。

在一個可選實(shí)施例中，上橋臂與下橋臂的連接點(diǎn)連接至外界三相電網(wǎng)或者變壓器，從可以進(jìn)一步為用戶提供電源。

如圖2所示，兩組雙向開關(guān)中的第一組雙向開關(guān)中的兩個雙向開關(guān)的連接點(diǎn)作為子單元的第一引出端子，第二組雙向開關(guān)中的兩個雙向開關(guān)的連接點(diǎn)作為該子單元的第二引出端子。上橋臂電路中的至少一個子單元的第一引出端子連接在一起作為上橋臂電路的一端，上橋臂電路中的至少一個子單元的第二引出端子連接在一起作為上橋臂電路的另一端。下橋臂電路中的至少一個子單元的第一引出端子連接在一起作為下橋臂電路的一端，下橋臂電路中的至少一個子單元的第二引出端子連接在一起作為下橋臂電路的另一端。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變流器的另一個電路圖，如圖3所示，該變流器還包括串聯(lián)連接的至少一個電容，至少一個電容串聯(lián)連接在正直流母線與所述負(fù)直流母線之間。

在一個具體的可選實(shí)施例中，如圖4所示，模塊化多電平電流型變流器由A相上橋臂，B相上橋臂，C相上橋臂，A相下橋臂，B相下橋臂，C相下橋臂和直流側(cè)電容組成。

其中，直流側(cè)電容由第一分裂電容(1)和第二分裂電容(2)串聯(lián)組成。第一分裂電容的陽極與正直流母線連接(3)，第二分裂電容的陰極與負(fù)直流母線連接(4)。

A相上橋臂由第一子單元第二子單元一直到第N子單元并聯(lián)組成，每個子單元由儲能電感(10)和四個雙向半導(dǎo)體開關(guān)(11,12,13,14)組成。第一雙向半導(dǎo)體開關(guān)(11)和第三雙向半導(dǎo)體開關(guān)(13)連接點(diǎn)作為子單元第一引出端子，第二雙向半導(dǎo)體開關(guān)(12)和第四雙向半導(dǎo)體開關(guān)(14)連接點(diǎn)作為子單元第二引出端子。A相上橋臂的所有子單元并聯(lián)，所有子單元的第一引出端子與正直流母線連接，所有子單元的第二引出端子與A相上橋臂與下橋臂的連接點(diǎn)(5)連接。

A相下橋臂同樣由N個子單元并聯(lián)組成，所有子單元的第一引出端子與A相上橋臂與下橋臂的連接點(diǎn)(5)連接，所有子單元的第二引出端子與負(fù)直流母線連接。

B相上橋臂、C相上橋臂與A相上橋臂的組成以及連接方式相同，B相下橋臂、C相下橋臂與A相下橋臂的組成以及連接方式相同(圖4中未示出)。

A相上橋臂與下橋臂的連接點(diǎn)(5)、B相上橋臂與下橋臂的連接點(diǎn)(6)、C相上橋臂與下橋臂的連接點(diǎn)(7)作為換流站的引出端子與外界三相電網(wǎng)或變壓器連接。

在啟動時將所有子單元的第一雙向半導(dǎo)體開關(guān)(11)和第四雙向半導(dǎo)體開關(guān)(14)導(dǎo)通，通過直流母線對子單元儲能電感(10)進(jìn)行充電，建立子單元儲能電感初始電流I。在每相引出端子(5、6、7)處電流為零時，通過將所有子單元的第一雙向半導(dǎo)體開關(guān)(11)和第四雙向半導(dǎo)體開關(guān)(14)導(dǎo)通也可以對子單元儲能電感進(jìn)行充電，或通過將所有子單元的第二雙向半導(dǎo)體開關(guān)(12)和第三雙向半導(dǎo)體開關(guān)(13)導(dǎo)通，對所有子單元儲能電感進(jìn)行放電。通過上述調(diào)節(jié)將子單元儲能電感電流維持在I附近。

當(dāng)控制某個子單元的第一雙向半導(dǎo)體開關(guān)(11)和第二雙向半導(dǎo)體開關(guān)(12)導(dǎo)通時，該子單元從電路中切除。當(dāng)控制某個子單元的第三雙向半導(dǎo)體開關(guān)(13)和第四雙向半導(dǎo)體開關(guān)(14)導(dǎo)通時，該子單元也從橋臂電路中切除。

當(dāng)控制一相橋臂中所有子單元的第一雙向半導(dǎo)體開關(guān)(11)和第二雙向半導(dǎo)體開關(guān)(12)導(dǎo)通時，該橋臂整體阻斷，流過該橋臂電流為零。

當(dāng)A相引出端子(5、6、7)處電流給定值大于零時，使A相下橋臂整體阻斷，控制A相上橋臂從橋臂電路中投入和切除的子單元數(shù)量，即可控制A相引出端子(5、6、7)處電流跟蹤給定值。

當(dāng)A相引出端子(5、6、7)處電流給定值小于零時，使A相上橋臂整體阻斷，控制A相下橋臂從橋臂電路中投入和切除的子單元數(shù)量，即可控制A相引出端子(5、6、7)處電流跟蹤給定值。

B相橋臂電路和C相橋臂電路的控制方法與A相橋臂電路相相同。

根據(jù)四個雙向開關(guān)的不同組合，能夠使對應(yīng)的子單元外電流特性不同，例如假設(shè)電感儲能模塊電流為I_L。當(dāng)11和14導(dǎo)通時，子單元9對應(yīng)的外電流特性為I_L。當(dāng)12和13導(dǎo)通時，子單元9對應(yīng)的外電流特性為-I_L。當(dāng)11和12導(dǎo)通、或者13和14導(dǎo)通時，子單元9對應(yīng)的外電流特性為0。其中A相上橋臂的電流等于A相上橋臂各子單元外電流特性之和。通過控制A相上橋臂各子單元外電流特性，即可控制A相上橋臂最終電流。采用同樣的方法可控制A相下橋臂電流。A相上橋臂減去A相下橋臂電流即可得到A相輸出多電平交流電流。

在一個可選實(shí)施例中，多個雙向開關(guān)中的至少一個包括帶反并聯(lián)二極管的晶體管。具體的，上述晶體管可以為絕緣柵雙極型晶體管。

上述雙向開關(guān)的電路形式可以包括很多種，下面對此進(jìn)行舉例說明。在一個可選實(shí)施例中，雙向開關(guān)包括帶反并聯(lián)二極管和多個二極管組；其中，帶反并聯(lián)二極管與多個二極管組并聯(lián)連接，二極管組包括多個二極管，相鄰的兩個二極管的一個二極管的陽極連接至另一個二極管的陰極，多個二極管組的陰極連接至帶反并聯(lián)二極管的集電極，多個二極管組的陽極連接至帶反并聯(lián)二極管的發(fā)射極，第一個二極管組中的相鄰兩個二極管的陽極和陰極的連接點(diǎn)作為雙向開關(guān)的一端，最后一個二極管組的相鄰兩個二極管的陽極和陰極的連接點(diǎn)作為該雙向開關(guān)的另一端。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙向開關(guān)的一個電路圖，如圖5所示，雙向開關(guān)由四個二極管31-34和一個帶反并聯(lián)二極管的IGBT35組成，帶反并聯(lián)二極管的IGBT35的集電極與二極管31和二極管32的陰極連接，帶反并聯(lián)二極管的IGBT35的發(fā)射極與二極管33和二極管34的陽極連接。二極管31的陽極與二極管33的陰極連接作為雙向開關(guān)的一端，二極管32的陽極與二極管34的陰極連接作為雙向開關(guān)的一另一端。

在另一個可選實(shí)施例中，雙向開關(guān)包括多個所述晶體管，相鄰兩個晶體管中一個晶體管的集電極連接至另一個晶體管的發(fā)射極，多個晶體管的基極連接在一起作為雙向開關(guān)的控制端。圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙向開關(guān)的另一個電路圖，如圖6所示，雙向開關(guān)由兩個帶反并聯(lián)二極管的IGBT36和37組成，36的集電極與37的發(fā)射極連接，36的發(fā)射極與37的集電極作為雙向開關(guān)的兩端引出。

綜上所述，通過本發(fā)明提供的變流器，將直流輸電與電感儲能設(shè)置為一體，更適應(yīng)風(fēng)能太陽能等出力隨機(jī)波動的能源接入電網(wǎng)；換流站容量升級時，可保證直流電壓不變，增加子單元數(shù)量即可增大直流電流輸送能力；適用于具有大電流低電壓的超導(dǎo)直流輸電系統(tǒng)。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計(jì)算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。