一种AC/DC变换器及其控制方法

本发明属于直流输电系统，特别涉及一种ac/dc变换器及其控制方法。

背景技术：

1、ac/dc变换器是交直流电网的关键设备。现有ac/dc变换器常采用电压源型换流器(voltage－source－converter，vsc)和模块化多电平换流器(modular－multilevel－converter，mmc)。受限于功率开关器件发展水平，vsc难以耐受高电压，因此常用于中低压应用。在面相大规模新能源发电的高压大容量应用中，mmc具有明显优势。其模块化结构可以通过改变模块数来提升耐压水平，从而同步提高功率等级。

2、然而，mmc基于半桥双星接结构的电路，使其模块数量非常多，导致成本高昂。这是阻碍交直流电网发展的重要因数之一。

3、综上，有必要提出一种ac/dc变换器及其控制方法，大幅降低成本。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种ac/dc变换器及其控制方法，采用以下技术方案：

2、一种ac/dc变换器，包括三个串联的单相结构和第一滤波器；其中，变换器的直流侧两端通过两条直流母线与外网连接，直流母线上设置有阀侧平波电抗；第一滤波器两端分别与两条直流母线连接；每个单相结构包括开关阀、开关电容阀、交流连接电抗和隔离变压器，开关电容阀与开关阀连接，开关阀包括第一桥臂和第二桥臂，每个桥臂均包括串联的上桥臂和下桥臂，第一桥臂的连接中点通过交流连接电抗与隔离变压器第一侧绕组的一端连接，第二桥臂的连接中点与隔离变压器第一侧绕组的另一端连接。

3、进一步的，直流母线上还设置有网侧平波电抗，网侧平波电抗和阀侧平波电抗串联。

4、进一步的，三个单相结构的隔离变压器的第二侧绕组的一端相互连接，另一端分别为交流a相、交流b相以及交流c相。

5、进一步的，上桥臂和下桥臂均包括多个串联的开关模块，开关模块包括全控器件s1、二极管d1均压电容c1和耗能元件h1，二极管d1的阳极连接在全控器件s1的阳极，均压电容c1的一端与二极管d1的阴极连接，均压电容c1的另一端与全控器件s1的阴极连接，耗能元件h1的一端与均压电容c1的一端连接，耗能元件h1的另一端与均压电容c1的另一端连接。

6、进一步的，开关电容阀包括多个串联的开关电容模块。

7、进一步的，第一滤波器为高通滤波器或带通滤波器。

8、本发明还提供一种上述ac/dc变换器的控制方法，所述变换器的交流侧和直流侧均连接电压源时，所述控制方法包括：检测交流电压，并根据功率控制目标指令，确定交流侧电流值和相位的指令值；根据交流侧电流值和相位的指令值，控制交流侧电流等于指令值。

9、进一步的，所述变换器的交流侧连接电压源，直流侧连接非电压源时，所述控制方法包括：

10、根据检测到的直流侧电压，确定交流侧的有功功率需求；根据交流侧的有功功率需求，并获取外部给定的交流侧无功功率需求，同时根据检测交流电压，以确定交流侧电流值和相位的指令值；根据交流侧电流值和相位的指令值，控制交流侧电流等于指令值。

11、进一步的，直流侧连接电压源，交流侧连接非电压源时，所述控制方法包括：

12、检测交流侧电压，调整变换器交流侧输出电压至指令值。

13、进一步的，直流电压的检测点为第一滤波器与两条直流母线连接的两个端点，或位于变换器两端。

14、进一步的，交流电压的检测点为隔离变压器第一侧绕组，或变换器的交流侧每相线路中的一点。

15、进一步的，还包括以下步骤：调整交流电压时，控制变换器三相同时在交流侧输出三次谐波电压，对交流电压进行补偿。

16、本发明的有益效果：本发明的变换器实现功率开关器件数量和模块电容数量的大幅降低，从而带来成本和体积的大幅优化；本发明的控制方法，以达到ac/dc变换的定直流侧电压、定交流侧电压、或定功率的控制目标，以实现ac/dc变换器的正常运行。

17、本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明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。

技术特征：

1.一种ac/dc变换器，其特征在于，包括三个串联的单相结构和第一滤波器；

2.根据权利要求1所述的ac/dc变换器，其特征在于，直流母线上还设置有网侧平波电抗，网侧平波电抗和阀侧平波电抗串联。

3.根据权利要求1所述的ac/dc变换器，其特征在于，三个单相结构的隔离变压器的第二侧绕组的一端相互连接，另一端分别为交流a相、交流b相以及交流c相。

4.根据权利要求1所述的ac/dc变换器，其特征在于，上桥臂和下桥臂均包括多个串联的开关模块，开关模块包括全控器件s1、二极管d1均压电容c1和耗能元件h1，二极管d1的阳极连接在全控器件s1的阳极，均压电容c1的一端与二极管d1的阴极连接，均压电容c1的另一端与全控器件s1的阴极连接，耗能元件h1的一端与均压电容c1的一端连接，耗能元件h1的另一端与均压电容c1的另一端连接。

5.根据权利要求1－4任一所述的ac/dc变换器，其特征在于，开关电容阀包括多个串联的开关电容模块。

6.根据权利要求1－4任一所述的ac/dc变换器，其特征在于，第一滤波器为高通滤波器或带通滤波器。

7.一种权利要求1－6任一所述的ac/dc变换器的控制方法，其特征在于，所述变换器的交流侧和直流侧均连接电压源时，所述控制方法包括：检测交流电压，并根据功率控制目标指令，确定交流侧电流值和相位的指令值；根据交流侧电流值和相位的指令值，控制交流侧电流等于指令值。

8.一种权利要求1－6任一所述的ac/dc变换器的控制方法，其特征在于，所述变换器的交流侧连接电压源，直流侧连接非电压源时，所述控制方法包括：

9.一种权利要求1－6任一所述的ac/dc变换器的控制方法，其特征在于，所述变换器的直流侧连接电压源，交流侧连接非电压源时，所述控制方法包括：

10.根据权利要求8所述的ac/dc变换器的控制方法，其特征在于，直流电压的检测点为第一滤波器与两条直流母线连接的两个端点，或位于变换器两端。

11.根据权利要求7或9所述的ac/dc变换器的控制方法，其特征在于，交流电压的检测点为隔离变压器第一侧绕组，或变换器的交流侧每相线路中的一点。

12.根据权利要求7－9任一所述的ac/dc变换器的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：调整交流电压时，控制变换器三相同时在交流侧输出三次谐波电压，对交流电压进行补偿。

技术总结
本发明属于直流输电系统技术领域，特别涉及一种AC/DC变换器及其控制方法，其中变换器包括三个串联的单相结构和第一滤波器；变换器的直流侧两端通过两条直流母线与外网连接，直流母线上设置有阀侧平波电抗；第一滤波器两端分别与两条直流母线连接；每个单相结构包括开关阀、开关电容阀、交流连接电抗和隔离变压器。本发明的变换器实现功率开关器件数量和模块电容数量的大幅降低，从而带来成本和体积的大幅优化；本发明的控制方法，以达到AC/DC变换的定直流侧电压、定交流侧电压、或定功率的控制目标，以实现AC/DC变换器的正常运行。

技术研发人员：曾嵘,赵彪,张雪垠,白睿航,屈鲁,余占清
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12