一种多直流端口换流器及控制方法

1.一种多直流端口换流器，其特征在于，所述多直流端口换流器包括一个多绕组变压器和M个单向换流器模块与N个双向换流器模块，M为大于等于2的整数、N为大于等于1的整数，所述多绕组变压器包含一个原边绕组以及M+N个副边绕组，单向换流器模块与双向换流器模块的交流侧与副边绕组一一对应连接，所述N个双向换流器模块的直流输出侧级联，级联首端定义为低压直流端口正极，级联尾端定义为低压直流端口负极；所述低压直流端口再与M个单向换流器模块的直流输出侧级联，级联首端定义为高压直流端口正极，级联尾端定义为高压直流端口负极；所述多直流端口换流器中N个双向换流器模块位于所有换流器模块的中间位置；所述多直流端口换流器还包括第K直流端口，K为大于等于2且小于等于M+N的整数；在M个单向换流器模块和N个双向换流器模块的模块串联链中任意取K个连续的模块，靠近高压直流端口正极的模块正极引出端口为第K直流端口正极，靠近高压直流端口负极的模块负极引出端口为第K直流端口负极；所述低压直流端口与第K直流端口通过DC/DC变换器连接。 2.如权利要求1所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述单向换流器模块由不控型或半控型功率半导体器件构成。 3.如权利要求1所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述双向换流器模块由全控型功率半导体器件构成。 4.如权利要求1所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述 N为大于等于2的偶数，由低压直流端口正极向低压直流端口负极方向数，第N/2个双向换流器模块的负极引出并接地。 5.如权利要求1所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述任意两个或多个双向换流器模块的直流输出侧并联连接，即任意两个或多个双向模块的直流输出侧的正极相连，对应的直流输出侧的负极相连。 6.如权利要求1所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述任意两个或多个单向换流器模块的直流输出侧并联连接，即任意两个或多个单向模块的直流输出侧的正极相连，对应的直流输出侧的负极相连。 7.如权利要求1所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述单向换流器模块与双向换流器模块的直流输出侧还并联一个旁路开关。 8.如权利要求1所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述单向换流器模块与双向换流器模块的直流输出侧还串联一个电力电子单元。 9.如权利要求8所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述电力电子单元能够快速分断输出直流电流，能够旁路换流器模块的直流输出侧，能够调节输出电压。 10.如权利要求8所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述电力电子单元为由两个全控型功率半导体器件IGBT半桥模块构成，电力电子单元的输入侧正极为上管IGBT的集电极，电力电子单元的输入侧负极为下管IGBT的发电极，半桥中点引出作为输出正极，输出负极与输如负极连接。 11.如权利要求8所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述电力电子单元为由四个全控型功率半导体器件IGBT的全桥模块构成。 12.如权利要求8所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述电力电子单元由半桥模块，电感和直流电容构成，电力电子单元的输入侧连接半桥模块两端，半桥模块的中点连接电感作为电力电子单元输出侧，输出侧并联直流电容。 13.如权利要求8所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述电力电子单元由半桥模块，电感和直流电容构成，电力电子单元的输入侧正极经电感与半桥模块中点连接，半桥模块两端并联直流电容作为电力电子单元输出侧。 14.如权利要求1所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述单向换流器模块与双向换流器模块交流侧与多绕组变压器的副边绕组之间串联一个交流开关。 15.如权利要求1所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述多绕组变压器的副边绕组之间的相位相差一定角度，以消除原边谐波。 16.如权利要求1所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述单向换流器模块包括由二极管或晶闸管构成的交直流变换器以及直流电容，交直流变换器的直流侧与直流电容并联连接，交直流变换器的交流侧与多绕组变压器的副边连接。 17.如权利要求1所述的一种多直流端口换流器，其特征在于：所述双向换流器模块包括由全控型功率半导体器件构成的交直流变换器、直流电容以及滤波单元，交直流变换器的直流侧与直流电容并联连接，交直流变换器的交流侧与滤波单元连接后，再与多绕组变压器的副边连接。 18.一种基于权利要求15所述多直流端口换流器的控制方法，其特征在于：当多直流端口换流器启动时，可采用下述步骤：步骤1：闭合所述单、双向换流器模块的交流开关；步骤2：多绕组变压器原边带电，单、双向换流器模块的直流电容进入充电状态；步骤3：待充电完成后，直流电容电压稳定，启动双向换流器模块，功率半导体器件解锁，调节双向换流器模块输出直流电压到达到目标值。 19.一种基于权利要求1所述多直流端口换流器的控制方法，其特征在于：当多直流端口换流器启动后需要调节高压直流端口的直流电压时，采用下述两种控制方法之一：方法1：调节低压直流端口的直流电压，高压直流端口的直流电压随之变化；方法2：当单向换流器采用半控型器件时，根据设定目标值，计算单向换流器模块的输出电压，控制单向换流器的晶闸管导通时间，控制单向换流器模块的输出电压。 20.一种基于权利要求9所述多直流端口换流器的控制方法，其特征在于：当多直流端口换流器启动后需要调节高压直流端口的直流电压时，采用下述两种控制方法之一：方法1：根据设定目标值，计算单向换流器模块的输出电压，利用单向换流器模块中的电力电子单元，控制单向换流器模块的输出电压；方法2：利用单向换流器模块中的电力电子单元，将一定数量的单向换流器模块旁路。 21.一种基于权利要求7所述多直流端口换流器的控制方法，其特征在于：当多直流端口换流器启动后需要调节高压直流端口的直流电压时，可采用下述控制方法：根据设定目标值，计算所需单向换流器模块的数量，利用单向换流器模块中的旁路开关，将一定数量的单向换流器模块旁路。 22.一种基于权利要求1所述多直流端口换流器的控制方法，其特征在于：当低压直流端口上的负荷出现功率倒送时，可采用下述两种控制方法之一：方法1：检测到低压直流端口电压升高，双向换流器模块通过变压器副边向原边传输剩余的能量；方法2：检测到低压直流端口电压升高，通过DC/DC变换器向高压直流端口传输剩余的能量。 23.一种基于权利要求1所述多直流端口换流器的控制方法，其特征在于：当高压直流端口上的负荷出现功率倒送时，可采用下述两种控制方法之一：方法1：检测到高压直流端口电压升高，通过DC/DC变换器向低压直流端口传输剩余的能量；方法2：低压直流端口将一部分能量传输到负荷，当检测到低压直流端口电压升高时，双向换流器模块通过变压器副边向原边传输剩余的能量。