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用于模块化多电平换流器的子模块拓扑及其应用
本发明公开了一种用于模块化多电平换流器中的子模块拓扑结 构，包括：相互串联的第一开关模块和第二开关模块，其中第一开关 模块的负端与第二开关模块的正端相连接，开关模块由一个全控型器 件和一个二极管反并联而成；直流电容，其正极和负极分别与第一开 关模块的正端和第二开关模块的负端相连接；还包括第三开关模块， 其与第一开关模块和第二开关模块电气连接，使得正常工作时该第三 开关模块的全控型器件一直施加触发脉冲从而一直处于导通状态，而 发生直流故障时通过闭锁该第三开关模块的触发脉冲实现阻断直流故 障电流。本发明
华中科技大学
2021-04-14
一种模块化多电平换流器功率运行区间的获取方法
本发明公开了一种模块化多电平换流器功率运行区间的获取方 法，包括下述步骤：(1)根据已知的模块化多电平换流器的基本参数， 建立旋转坐标系下模块化多电平换流器的稳态数学解析模型；(2)确定 要考虑的运行约束条件；(3)根据稳态数学解析模型计算各约束条件下 功率运行区间；(4)将各约束条件下的功率运行区间取交集，获得考虑 多重运行约束条件下模块化多电平换流器的功率运行区间。本发明考 虑的运行约束条件，通过建立一套旋转坐标系下模块化多电平换流器 的稳态数学解析模型，并通过取交集得到考虑多重约束条件下的功率
华中科技大学
2021-04-14
一种模块化多电平换流器拓扑结构的电容预充电方法
本发明公开了一种n+1混合式模块化多电平换流器拓扑结构及其控制策略，属于电力电子及分布式发电领域。其拓扑结构通过在传统n个半桥子模块的模块化多电平换流器(MMC)基础上，在每相上下桥臂加入一个全桥型子模块构成，使全桥子模块的电容电压是半桥子模块的一半，实现输出电压电平数由原先的n+1增长至2n+3。本发明以提高子模块输出电平数、改善MMC换流器的输出电压质量为目的，根据其拓扑结构提出其控制策略：一种混合式调制方式和一种电容预充电方式，具有一定的有效性和可行性。
东南大学
2021-04-11
用于海上风电场电力并网的换流器研究与开发
本项目针对国内外大规模海上风电场电力并网研究的难点，并依据本研究组已经建立的基于DSP+ARM+FPGA架构的通用分布式控制平台和基于Labview开发的监测平台等先进的技术和工具，从模块化多电平换流器（MMC）动态建模入手，揭示了MMC内部复杂的动态特性并分析了换流器内部动态与外部动态之间的耦合关系，在此基础上提出了通过控制换流器能量来实现内部动态的优化控制，通过优化开关调制序列得到简单有效，适用于实际工程的调制策略，能够降低谐波和损耗。 通过本项目的实施，在探索大规模海上风电场电力并网换流器拓扑和控制策略设计等这一国际新能源接入与并网前沿领域有所进展，为使我国实现清洁的海上风电场电力代替部分化石能源，提高风电并网稳定性和实现“黑启动”向无源网络供电等目标提供技术支持。 在本项目实施过程中，与上海科委合作，利用自主研发的30kW小功率MMC试验样机模拟了应用于海上风电场电力并网的换流器，对提出的优化控制策略进行了实验验证。相关研究成果发表论文6篇，申请国家发明专利2项
上海交通大学
2021-04-13
一种基于IGCT的模块化多电平换流阀技术
1. 痛点问题
由于绝缘栅双极型晶体管（IGBT）具有驱动功率小而且驱动电路简单、开关速度快并且损耗小、饱和压降低、耐压高、电流大等优点，在柔性直流电网中得到了广泛的应用，现有的MMC换流阀装备均是采用IGBT开关器件进行设计。事实上，IGBT于二十世纪八十年代初诞生，在九十年代得到飞速发展。然而传统的焊接式IGBT容量较小、可靠性较低且失效后呈断路特性，因此早期的IGBT主要应用于中低压领域，直至压接式IGBT诞生之后才开始在高压、大功率电力电子换流器当中得到应用。IGBT器件的容量从最早的600V/6A级别逐渐提升，迄今为止已经达到了4.5kV/3kA的水平。IGCT诞生于1996年，由于其核心GCT芯片是由晶闸管改进而来，因此天然具备晶闸管大容量、高可靠性的特点。IGCT器件在2000年便已经达到了4.5kV/4kA的水平，相比之下压接式IGBT直至2012年才达到相同的功率等级，随着六英寸IGCT器件在未来投入使用，IGCT在容量上仍将对IGBT保持较大优势。
另外，尽管IGBT优势突出，但是相比电流型器件，仍然存在通态压降大、可靠性低、制造成本高等问题，具有很多改进的空间。尤其是在海上风电柔性高压直流输电系统中，所使用的开关器件数量非常大，若能改进IGBT器件的特性，进一步提高效率和可靠性、减小成本，将会具有巨大的吸引力和应用前景。
2. 解决方案
模块化多电平变换器（MMC）的多电平调制大幅降低了功率器件开关频率，为集成门极换流晶闸管（IGCT）的应用带来了契机。相比IGBT，IGCT的通态压降和成本可降低达到1/3以上，并且IGCT具有非常强大的浪涌电流、短路失效和防爆能力，无需增加辅助电路便可实现冗余和防爆，确保柔直输电系统免维护的高可靠需求。该技术实现更高电压、更大功率、更高效率和可靠性的柔性直流输电系统具有重要意义和广阔的应用前景。
清华大学
2021-10-22
一种单相半桥多电平交-直-交变换器
本实用新型公开了一种单相半桥多电平交-直-交变换器，其两个隔离变压器(1a)、(1b)的次绕组T12、T22分别和交-直-交变换器的两端相连；交-直-交变换器2的桥臂(2a)、桥臂(2b)采用二极管箝位多电平半桥结构，其中两电平结构不需要箝位二极管；直流侧(2c)采用n-1个大小相等的电容均压(两电平结构电容数为2)，且其中性点O与两个隔离变压器的次边绕组T12、T22的末端M、N相连；控制电路3分别采集隔离变压器(1a)、(1b)原边α、β的电压、负载电流、交-直-交变换器2两端电流进行控制。该种装置使同相供电系统拥有更大的供电容量，更高的供电等级和相对更高的开关频率，以及在性能上有更大的优势，并且相对于全桥结构能够节省资源降低成本。
西南交通大学
2016-10-24
柔性直流换流阀多物理场特性及其调控方法
柔性直流换流阀是直流电网构建的核心装备之一。针对换流阀塔多物理场的综合作用问题，提出了多介质共存时复杂导体结构的伽辽金匹配和点匹配结合的快速多极子边界元电场计算方法，提出了阀塔高电场强度区的电位钳制、屏蔽和优化方法；建立了换流阀电-热-流体等多物理场计算模型，获得了金属钳制电极形状对水路局部放电、电化学腐蚀速率的影响等规律；建立了含散热器在内的IGBT子单元的热场整体仿真模型，提出了IGBT内部芯片的稳态与瞬态结温预测模型及其变流量修正方法。研究成果应用于我国±320kV柔性直流换流阀自主研制，有效性在厦门±320kV柔性直流示范工程中得到进一步验证，并推广应用于±500kV及±800kV柔性直流换流阀研制。参与研究的成果“新一代电压源高压直流换流器关键技术及应用”获得2017年北京市科学技术奖一等奖，华北电力大学作为项目主要完成单位排名第3，齐磊教授作为主要完成人排名第10。
华北电力大学
2021-02-01
一种具有耦合电感的多电平级联逆变器
本发明公开了一种具有耦合电感的多电平级联逆变器，其中， 有 N 个逆变单元并联，每个单相 H 桥对应一个耦合电感，N≥2，且 N 为自然数；同一个单相 H 桥逆变单元的左桥臂侧的上桥臂是第一功率开关管，同一个逆变单元的左桥臂侧的下桥臂是第二功率开关管，同 一个单相 H 桥单元的右桥臂侧的上桥臂是第三功率开关管，同一个单 相 H 桥单元的右桥臂的下桥臂是第四功率开关管，第一功率管、第二 功率管、第三功率管和第四功率管均为绝缘栅双极性晶体管 IGBT；N 个耦合电感以循环对称的结构连接。本发明在无需复杂
华中科技大学
2021-04-14
一种基于免疫遗传算法的模块化多电平变换器的调制方法
本发明涉及一种基于免疫遗传算法的模块化多电平变换器的调制方法，对模块化多电平变换器的优化控 制方面的问题进行研究，优化目标为模块化多电平变换器的输出电流波形最优，本发明结合模块化多电平变 换器的结构特点和输出特性，采用各相上桥臂投入子模块的数目表示工作状态，对模块化多电平的工作状态 进行优化，通过编码操作，注入疫苗，亲和度计算，浓度计算，免疫选择，交叉操作，变异操作，倒位操作， 经过多次迭代收敛后得到优化后的模块化多电平变换器的输出电压阶梯波。
武汉大学
2021-04-14
用于海上直流电网的模块化多电平DC/DC变换器研究与开发
采用直流技术对海上风能进行汇聚和传输可以同时提高系统可靠性和灵活性，DC/DC变换器用于匹配不同电压等级以及接入直流发电和储能设备，为实现中高压直流电网中高效可靠的直流-直流变换，本项目首先研究中高压模块化多电平DC/DC变换器的可行电路拓扑结构，研究模块化多电平DC/DC变换器的运行和控制机制，解决均压控制问题，实现其电压和功率控制功能。依据理论研究成果，本研究组开发了60kW模块化多电平DC/DC变换器样机，对样机的测试结果验证理论分析以及所提出控制算法的有效性。 通过本项目的实施，解决了模块化多电平DC/DC变换器的调制、均压、控制等关键问题，验证其应用于直流电网的可行性。为未来直流电网的建设提供率了重要的理论参考和工程借鉴依据。 在本项目实施过程中，以国家千人计划，项目和中英自然科学基金项目为依托，本研究组与国家电网电力科学研究院、英国Strathclyde大学、英国Aberdeen大学合作开发了“带有DC/DC直流电压变换的大型新能源多端直流接入系统”的实证平台，研究和验证了直流电网的运行机制。针对模块化多电平DC/DC变换器，本研究组已申请专利一篇，发表多篇论文。
上海交通大学
2021-04-13