基于等式約束的輔助電容分布式單箝位mmc自均壓拓撲的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲。單箝位MMC自均壓拓撲，由單箝位MMC模型和自均壓輔助回路聯(lián)合構(gòu)建。單箝位MMC模型與自均壓輔助回路通過輔助回路中的6N個IGBT模塊發(fā)生電氣聯(lián)系，IGBT模塊觸發(fā)，兩者構(gòu)成基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，IGBT模塊閉鎖，拓撲等效為單箝位MMC拓撲。該單箝位MMC自均壓拓撲，可以箝位直流側(cè)故障，同時不依賴于專門的均壓控制，能夠在完成直交流能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，自發(fā)地實現(xiàn)子模塊電容電壓的均衡，同時能相應(yīng)降低子模塊觸發(fā)頻率和電容容值，實現(xiàn)單箝位MMC的基頻調(diào)制。
【專利說明】
基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及柔性輸電領(lǐng)域，具體涉及一種基于等式約束的輔助電容分布式單 箝位MMC自均壓拓撲。
【背景技術(shù)】
[0002] 模塊化多電平換流器MMC是未來直流輸電技術(shù)的發(fā)展方向，MMC采用子模塊級聯(lián)的 方式構(gòu)造換流閥，避免了大量器件的直接串聯(lián)，降低了對器件一致性的要求，同時便于擴容 及冗余配置。隨著電平數(shù)的升高，輸出波形接近正弦，能有效避開低電平VSC-HVDC的缺陷。
[0003] 單箝位MMC由單箝位子模塊組合而成，每個單箝位子模塊由3個IGBT模塊，1個子模 塊電容，1個二極管及1個機械開關(guān)構(gòu)成，成本低，運行損耗小。
[0004] 與兩電平、三電平VSC不同，麗C的直流側(cè)電壓并非由一個大電容支撐，而是由一系 列相互獨立的懸浮子模塊電容串聯(lián)支撐。為了保證交流側(cè)電壓輸出的波形質(zhì)量和保證模塊 中各功率半導體器件承受相同的應(yīng)力，也為了更好的支撐直流電壓，減小相間環(huán)流，必須保 證子模塊電容電壓在橋臂功率的周期性流動中處在動態(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0005] 基于電容電壓排序的排序均壓算法是目前解決MMC中子模塊電容電壓均衡問題的 主流思路。首先，排序功能的實現(xiàn)必須依賴電容電壓的毫秒級采樣，需要大量的傳感器以及 光纖通道加以配合;其次，當子模塊數(shù)目增加時，電容電壓排序的運算量迅速增大，為控制 器的硬件設(shè)計帶來巨大挑戰(zhàn);此外，排序均壓算法的實現(xiàn)對子模塊的開斷頻率有很高的要 求，開斷頻率與均壓效果緊密相關(guān)，在實踐過程中，可能因為均壓效果的限制，不得不提高 子模塊的觸發(fā)頻率，進而帶來換流器損耗的增加。
[0006] 文獻"A DC-Link Voltage Self-Balance Method for a Diode-Clamped Modular Multilevel Converter With Minimum Number of Voltage Sensors"，提出了一 種依靠鉗位二極管和變壓器來實現(xiàn)MMC子模塊電容電壓均衡的思路。但該方案在設(shè)計上一 定程度破壞了子模塊的模塊化特性，子模塊電容能量交換通道也局限在相內(nèi)，沒能充分利 用MMC的既有結(jié)構(gòu)，三個變壓器的引入在使控制策略復雜化的同時也會帶來較大的改造成 本。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 針對上述問題，本實用新型的目的在于提出一種經(jīng)濟的，模塊化的，不依賴均壓算 法，同時能相應(yīng)降低子模塊觸發(fā)頻率和電容容值且具有直流故障箝位能力的單箝位MMC自 均壓拓撲。
[0008] 本實用新型具體的構(gòu)成方式如下。
[0009] 基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，包括由A、B、C三相構(gòu)成的 單箝位麗C模型，A、B、C三相分別由2N個單箝位子模塊，2個橋臂電抗器串聯(lián)而成;包括由6N 個IGBT模塊，6N+7個鉗位二極管，4個輔助電容及4個輔助IGBT模塊構(gòu)成的自均壓輔助回路。
[0010] 上述基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，A相上下橋臂，單箝 位子模塊中，二極管連接子模塊電容正極，IGBT模塊連接子模塊電容負極。A相上橋臂的第I 個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與A相上橋臂的第2個子模塊IGBT模塊中 點相連，其子模塊IGBT模塊中點向上與直流母線正極相連;A相上橋臂的第i個子模塊，其中 i的取值為2~N-I，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與A相上橋臂的第i+Ι個子模塊 IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第i-Ι個子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;A相上橋臂的第N個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下 經(jīng)兩個橋臂電抗器Lo與A相下橋臂的第1個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中 點向上與A相上橋臂的第N-I個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;A相下橋臂的第i個子 模塊，其中i的取值為2~N-I，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與A相下橋臂的第i+1 個子模塊IGBT模塊中點相連，其IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第i-1個子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;A相下橋臂的第N個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下 與直流母線負極相連，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第N-I個子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連。B相上下橋臂，單箝位子模塊中，IGBT模塊連接子模塊電容正極，二極 管連接子模塊電容負極。B相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向 上與直流母線正極相連，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂的第2個子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;B相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-I，其子模塊二極管 與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相上橋臂的第i-Ι個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模 塊中點向下與B相上橋臂的第i+Ι個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;B相上橋臂的第N 個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相上橋臂的第N-I個子模塊IGBT模塊 中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向下經(jīng)兩個橋臂電抗器Lo與B相下橋臂的第1個子模塊二 極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;B相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-I，其子模塊 二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相下橋臂的第i-Ι個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊 IGBT模塊中點向下與B相下橋臂的第i+Ι個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;B相下橋 臂的第N個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相下橋臂第N-I個子模塊 IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向下與直流母線負極相連。C相上下橋臂子模塊 的連接方式可以與A相一致，也可以與B相一致。
[0011]上述基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，自均壓輔助回路中， 第一個輔助電容正極連接輔助IGBT模塊，負極連接鉗位二極管并入直流母線正極;第二個 輔助電容負極連接輔助IGBT模塊，正極連接鉗位二極管并入直流母線負極;第三個個輔助 電容正極連接輔助IGBT模塊，負極連接鉗位二極管并入直流母線正極;第四個輔助電容負 極連接輔助IGBT模塊，正極連接鉗位二極管并入直流母線負極。鉗位二極管，通過IGBT模塊 連接A相上橋臂中第1個子模塊電容與輔助電容正極;通過IGBT模塊連接A相上橋臂中第i個 子模塊電容與第i+Ι個子模塊電容正極，其中i的取值為1~N-I;通過IGBT模塊連接A相上橋 臂中第N個子模塊電容與A相下橋臂第1個子模塊電容正極;通過IGBT模塊連接A相下橋臂中 第i個子模塊電容與A相下橋臂第i+Ι個子模塊電容正極，其中i的取值為1~N-I;通過IGBT 模塊連接A相下橋臂中第N個子模塊電容與第二個輔助電容正極。鉗位二極管，通過IGBT模 塊連接B相上橋臂中第1個子模塊電容與第一個輔助電容負極;通過IGBT模塊連接B相上橋 臂中第i個子模塊電容與第i+Ι個子模塊電容負極，其中i的取值為1~N-I;通過IGBT模塊連 接B相上橋臂中第N個子模塊電容與B相下橋臂第1個子模塊電容負極;通過IGBT模塊連接B 相下橋臂中第i個子模塊電容與B相下橋臂第i + 1個子模塊電容負極，其中i的取值為1~N-1;通過IGBT模塊連接B相下橋臂中第N個子模塊電容與第二個輔助電容負極。C相子模塊的 連接關(guān)系與A相一致時，C相上下橋臂中子模塊間鉗位二極管的連接方式與A相一致，同時第 三個輔助電容正極經(jīng)IGBT模塊、鉗位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊電容正極，第三個 輔助電容負極經(jīng)IGBT模塊、鉗位二極管連接B相上橋臂第一個子模塊電容負極，第四個輔助 電容正極經(jīng)IGBT模塊、鉗位二極管連接C相下橋臂第N個子模塊電容正極，第四個輔助電容 負極經(jīng)IGBT模塊、鉗位二極管連接B相下橋臂第N個子模塊電容負極;C相子模塊的連接關(guān)系 與B相一致時，C相上下橋臂中子模塊間鉗位二極管的連接方式與B相一致，同時第三個輔助 電容負極經(jīng)IGBT模塊、鉗位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊電容負極，第三個輔助電容 正極經(jīng)IGBT模塊、鉗位二極管連接A相上橋臂第一個子模塊電容正極，第四個輔助電容負極 經(jīng)IGBT模塊、鉗位二極管連接C相下橋臂第N個子模塊電容負極，第四個輔助電容正極經(jīng) IGBT模塊、鉗位二極管連接A相下橋臂第N個子模塊電容正極。
【附圖說明】
[0012] 下面結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。
[0013] 圖1是單箝位子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲。
【具體實施方式】
[0015] 為進一步闡述本實用新型的性能與工作原理，以下結(jié)合附圖對對實用新型的構(gòu)成 方式與工作原理進行具體說明。但基于該原理的單箝位MMC自均壓拓撲不限于圖2。
[0016] 參考圖2,基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，包括由A、B、C三 相構(gòu)成的單箝位MMC模型，A、B、C三相分別由2N個單箝位子模塊，2個橋臂電抗器串聯(lián)而成； 包括由6N個IGBT模塊，6N+7個鉗位二極管，4個輔助電容C 1、C2、C3、C4，4個輔助IGBT模塊T1、 T2、T3、T4構(gòu)成的自均壓輔助回路。
[0017] 單箝位MMC模型中，A相上下橋臂，單箝位子模塊中，二極管連接子模塊電容正極， IGBT模塊連接子模塊電容負極。A相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián) 結(jié)點向下與A相上橋臂的第2個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向上與直 流母線正極相連;A相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-I，其子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與A相上橋臂的第i+Ι個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊 中點向上與A相上橋臂的第i-Ι個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;A相上橋臂的第N個 子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下經(jīng)兩個橋臂電抗器Lo與A相下橋臂的第1個 子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第N-I個子模塊二極 管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;A相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-I，其子模塊二 極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與A相下橋臂的第i+Ι個子模塊IGBT模塊中點相連，其IGBT模塊 中點向上與A相下橋臂的第i-Ι個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;A相下橋臂的第N個 子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與直流母線負極相連，其子模塊IGBT模塊 中點向上與A相下橋臂的第N-I個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連。B相上下橋臂，單箝 位子模塊中，IGBT模塊連接子模塊電容正極，二極管連接子模塊電容負極。B相上橋臂的第1 個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與直流母線正極相連，其子模塊IGBT模 塊中點向下與B相上橋臂的第2個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;B相上橋臂的第i個 子模塊，其中i的取值為2~N-I，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相上橋臂的第 i-Ι個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂的第i+Ι個子模 塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;B相上橋臂的第N個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊 聯(lián)結(jié)點向上與B相上橋臂的第N-I個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向下 經(jīng)兩個橋臂電抗器Lo與B相下橋臂的第1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;B相下橋 臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-1，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相下 橋臂的第i-Ι個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相下橋臂的第i+ 1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;B相下橋臂的第N個子模塊，其子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相下橋臂第N-I個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中 點向下與直流母線負極相連。C相上下橋臂子模塊的連接方式與A相一致。
[0018] 自均壓輔助回路中，輔助電容C1正極連接輔助IGBT模塊T1，負極連接鉗位二極管并 入直流母線正極;輔助電容&負極連接輔助IGBT模塊T 2，正極連接鉗位二極管并入直流母線 負極;輔助電容C3正極連接輔助IGBT模塊T3，負極連接鉗位二極管并入直流母線正極，輔助 電容C 4負極連接輔助IGBT模塊T4,正極連接鉗位二極管并入直流母線負極。鉗位二極管，通 過IGBT模塊Tauj連接A相上橋臂中第1個子模塊電容C- au-j與輔助電容C1正極;通過IGBT模塊 Tau_i、Tau_i+1連接A相上橋臂中第i個子模塊電容C- au-_i與第i+Ι個子模塊電容C-au-_i+1正極，其 中i的取值為1~N-1;通過IGBT模塊T au_N、Taij連接A相上橋臂中第N個子模塊電容C-au-_ N與A 相下橋臂第1個子模塊電容C-al-_l正極;通過IGBT模塊Tal_i、Tal_i+l連接A相下橋臂中第i個子 模塊電容C- ai-_i與A相下橋臂第i+Ι個子模塊電容C-ai-_i+i正極，其中i的取值為1~N-I;通過 IGBT模塊Tai_N連接A相下橋臂中第N個子模塊電容C-ai_ N與輔助電容C2正極。鉗位二極管，通 過IGBT模塊IVu連接B相上橋臂中第1個子模塊電容C- bu-j與輔助電容C1、輔助電容C3負極； 通過IGBT模塊T bu_i、Tbu_i+1連接B相上橋臂中第i個子模塊電容C-bu-_i與第i+Ι個子模塊電容 Ciu-少!負極，其中i的取值為1~N-I;通過IGBT模塊Tbu_N、Tbij連接B相上橋臂中第N個子模 塊電容C_ bu-_N與B相下橋臂第1個子模塊電容C-bi-j負極;通過IGBT模塊Tbi_i、T bi_i+1連接B相 下橋臂中第i個子模塊電容C-bi-_i與B相下橋臂第i+Ι個子模塊電容C-bi-_i+i負極，其中i的取 值為1~N-I;通過IGBT模塊Tbi_ N連接B相下橋臂中第N個子模塊電容C-bi-_N與輔助電容C2、輔 助電容C 4負極。C相上下橋臂子模塊間鉗位二極管的連接關(guān)系與A相一致;C相上橋臂第一個 子模塊電容Ccu--J正極經(jīng)IGBT模塊T cuj及鉗位二極管連接到輔助電容C3正極;C相下橋臂第 N個子模塊電容Cc--Ij正極經(jīng)IGBT模塊Tci_N及鉗位二極管連接到輔助電容C 4正極。
[0019] 正常情況下，自均壓輔助回路中6N個IGBT模塊Tau_i、Tai_i、T bu_i、Tbi_i、Tcu_i、Tci_i常 閉，其中i的取值為I~N，A相上橋臂第一個子模塊電容C- au-j旁路時，此時輔助IGBT模塊T1 斷開，子模塊電容C-au-_i與輔助電容(^通過鉗位二極管并聯(lián);A相上橋臂第i個子模塊電容 C-au-_i旁路時，其中i的取值為2~N，子模塊電容C-au-_i與子模塊電容C-U^ 1通過鉗位二極 管并聯(lián);A相下橋臂第一個子模塊電容C_al_l旁路時，子模塊電容Oal-J通過鉗位二極管、兩 個橋臂電抗器Lo與子模塊電容C- au-_N并聯(lián);A相下橋臂第i個子模塊電容C-ai_i旁路時，其中i 的取值為2~N，子模塊電容C-ai-_i與子模塊電容031_^通過鉗位二極管并聯(lián);輔助IGBT模塊 T2閉合時，輔助電容C2通過鉗位二極管與子模塊電容C_al_N并聯(lián)。
[0020] 正常情況下，自均壓輔助回路中6N個IGBT模塊Tau_i、Tai_i、Tb u_i、Tbi_i、Tcu_i、Tci_i常 閉，其中i的取值為1~N，輔助IGBT模塊T 1閉合時，輔助電容C1與子模塊電容C-bu-j通過鉗位 二極管并聯(lián);B相上橋臂第i個子模塊電容C- bu-_i旁路時，其中i的取值為1~N-I，子模塊電容 C-bu-_i與子模塊電容C-bu-_i+i通過鉗位二極管并聯(lián);B相上橋臂第N個子模塊電容C- bu_N旁路 時，子模塊電容C-bu-_N通過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器Lo與子模塊電容C-bi-_i并聯(lián);B相下 橋臂第i個子模塊電容C-bi_i旁路時，其中i的取值為1~N-I，子模塊電容C_bi-_i與子模塊電 容C_bi_i+i通過鉗位二極管并聯(lián);B相下橋臂N個子模塊電容C_bi_N旁路時，子模塊電容C_bi-_N 與輔助電容C-2通過鉗位二極管并聯(lián)。其中輔助IGBT模塊T1的觸發(fā)信號與A相上橋臂第一個 子模塊觸發(fā)信號一致;輔助IGBT模塊T2的觸發(fā)信號與B相下橋臂第N個子模塊的觸發(fā)信號一 致。
[0021] 在直交流能量轉(zhuǎn)換的過程中，各個子模塊交替投入、旁路，輔助IGBT模塊ThT2交替 閉合、關(guān)斷，A、B相上下橋臂子模塊電容電壓在鉗位二極管的作用下，滿足下列約束：
[0022]

[0023] 由此可知，在單箝位MMC在完成直交流能量轉(zhuǎn)換的動態(tài)過程中，滿足下面的約束條 件：
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028]
[0029] 由上述具體說明可知，該單箝位MMC拓撲具備子模塊電容電壓自均衡能力。
[0030] 最后應(yīng)當說明的是:所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實 施例。基于本申請中的實施例，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 的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
【主權(quán)項】
1. 基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，其特征在于:包括由A、B、C 三相構(gòu)成的單箝位MMC模型，A、B、C三相分別由2N個單箝位子模塊，2個橋臂電抗器串聯(lián)而 成;包括由6N個IGBT模塊，6N+7個鉗位二極管，4個輔助電容C!、C 2、C3、C4，4個輔助IGBT模塊 Τ!、T2、T3、T4構(gòu)成的自均壓輔助回路。2. 根據(jù)權(quán)利1所述的基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，其特征在 于:Α相上下橋臂，單箝位子模塊中，二極管連接子模塊電容正極，IGBT模塊連接子模塊電容 負極;A相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與A相上橋臂的第 2個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向上與直流母線正極相連;A相上橋 臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-1，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與A相上 橋臂的第i+1個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第i -1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;A相上橋臂的第N個子模塊，其子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下經(jīng)兩個橋臂電抗器L〇與A相下橋臂的第1個子模塊IGBT模塊中點相連， 其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第N-1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連； A相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-1，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下 與A相下橋臂的第i + Ι個子模塊IGBT模塊中點相連，其IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第 i-Ι個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;A相下橋臂的第N個子模塊，其子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與直流母線負極相連，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第 N-1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;B相上下橋臂，單箝位子模塊中，IGBT模塊連接 子模塊電容正極，二極管連接子模塊電容負極;B相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊二極管 與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與直流母線正極相連，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂的 第2個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;B相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~ N-1，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相上橋臂的第i-Ι個子模塊IGBT模塊中點 相連，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂的第i+Ι個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點 相連;B相上橋臂的第N個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相上橋臂的第 N-1個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向下經(jīng)兩個橋臂電抗器L〇與B相下 橋臂的第1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;B相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取 值為2~N-1，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相下橋臂的第i-Ι個子模塊IGBT模 塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相下橋臂的第i+Ι個子模塊二極管與IGBT模塊 聯(lián)結(jié)點相連;B相下橋臂的第N個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相下橋 臂第N-1個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向下與直流母線負極相連;C 相上下橋臂子模塊的連接方式可以與A相一致，也可以與B相一致;在A、B、C相上下橋臂第i 個子模塊上下輸出線之間分別并聯(lián)有機械開關(guān)Kau_i、Kal_i、Kbu_i、Kbl_i、Kc；u_i、Kcd_i，其中i的取 值為1~N;上述連接關(guān)系構(gòu)成的A、B、C三相地位一致，三相輪換對稱之后的其他拓撲在權(quán)利 范圍內(nèi)。3. 根據(jù)權(quán)利1所述的基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，其特征在 于：自均壓輔助回路中，輔助電容&正極連接輔助IGBT模塊T!，負極連接鉗位二極管并入直 流母線正極;輔助電容(： 2負極連接輔助IGBT模塊T2,正極連接鉗位二極管并入直流母線負 極;輔助電容C3正極連接輔助IGBT模塊Τ 3，負極連接鉗位二極管并入直流母線正極，輔助電 容C4負極連接輔助IGBT模塊Τ4，正極連接鉗位二極管并入直流母線負極;鉗位二極管，通過 IGBT模塊TauJ連接A相上橋臂中第1個子模塊電容C-au-j與輔助電容Q正極;通過IGBT模塊 Tau_i、Tau_i+1連接A相上橋臂中第i個子模塊電容C- au-_i與第i+Ι個子模塊電容C-au-_i+1正極，其 中i的取值為1~N-1;通過IGBT模塊T au_N、Taij連接A相上橋臂中第N個子模塊電容C-au-_ N與A 相下橋臂第1個子模塊電容C-al-_l正極;通過IGBT模塊Tal_i、Tal_i+l連接A相下橋臂中第i個子 模塊電容C-ai-_i與A相下橋臂第i+Ι個子模塊電容C- ai-_i+i正極，其中i的取值為1~N-1;通過 IGBT模塊Tai_N連接A相下橋臂中第N個子模塊電容C-ai_ N與輔助電容C2正極;鉗位二極管，通 過IGBT模塊TbuJ連接B相上橋臂中第1個子模塊電容C- bu-j與輔助電容&負極;通過IGBT模塊 Tbu_i、Tbu_i+1連接Β相上橋臂中第i個子模塊電容C- bu-_i與第i+Ι個子模塊電容C-bu-_i+1負極，其 中i的取值為1~N-1;通過IGBT模塊T bu_N、Tbij連接B相上橋臂中第N個子模塊電容C-bu_ N與B 相下橋臂第1個子模塊電容C_bi-_i負極;通過IGBT模塊Tbi_i、Tbi_i+i連接B相下橋臂中第i個子 模塊電容C_bi-_i與B相下橋臂第i+Ι個子模塊電容C-bi-_i+i負極，其中i的取值為1~N-1;通過 IGBT模塊Tbi_N連接B相下橋臂中第N個子模塊電容C-bi-_ N與輔助電容C2負極;C相子模塊的連 接關(guān)系與A相一致時，C相上下橋臂中子模塊間鉗位二極管的連接方式與A相一致，同時輔助 電容C 3正極經(jīng)IGBT模塊TcuJ、鉗位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊電容CcuJ正極，輔助 電容C 3負極經(jīng)IGBT模塊TbuJ、鉗位二極管連接B相上橋臂第一個子模塊電容CbuJ負極，輔助 電容C 4正極經(jīng)IGBT模塊Tcl_N、鉗位二極管連接C相下橋臂第N個子模塊電容C cl_N正極，輔助電 容C4負極經(jīng)IGBT模塊Tbi_N、鉗位二極管連接B相下橋臂第N個子模塊電容C bi_N負極;C相子模 塊的連接關(guān)系與B相一致時，C相上下橋臂中子模塊間鉗位二極管的連接方式與B相一致，同 時輔助電容C 3負極經(jīng)IGBT模塊TclU、鉗位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊電容CclU負 極，輔助電容C 3正極經(jīng)IGBT模塊TauJ、鉗位二極管連接A相上橋臂第一個子模塊電容CauJ正 極，輔助電容C 4負極經(jīng)IGBT模塊Tci_N、鉗位二極管連接C相下橋臂第N個子模塊電容Cci_ N， 極，輔助電容C4正極經(jīng)IGBT模塊Tal_N、鉗位二極管連接A相下橋臂第N個子模塊電容C al_Ni 極;上述A、B、C三相中 6N 個 IGBT模塊Tau_i、Tai_i、Tbu_i、Tbi_i、T cu_i、Tci_i，其中 i 的取值為 1 ~N， 6N+7個鉗位二極管，4個輔助電容&、C2、C3、C4及4個輔助IGBT模塊Τ!、T 2、T3、T4，共同構(gòu)成自均 壓輔助回路。4.根據(jù)權(quán)利1所述的基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，其特征在 于:正常情況時，自均壓輔助回路中6N個IGBT模塊Tau_i、Tai_i、Tbu_i、Tbi_i、T cu_i、Tci_i常閉，故 障情況時，6N個IGBT模塊Tau_i、T ai_i、Tbu_i、Tbi_i、Tcu_i、Tci_i斷開，其中i的取值為1~N;正常情 況下，A相上橋臂第一個子模塊電容C- au-_i旁路時，此時輔助IGBT模塊Τι斷開，子模塊電容 C-au-J與輔助電容&通過鉗位二極管并聯(lián);Α相上橋臂第i個子模塊電容C_au-_i旁路時，其中i 的取值為2~N，子模塊電容C-au-_i與子模塊電容C-au-_i-i通過鉗位二極管并聯(lián);A相下橋臂第 一個子模塊電容C-al_l旁路時，子模塊電容C_al-_1通過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器L〇與子 模塊電容C- au-_N并聯(lián);A相下橋臂第i個子模塊電容C-ai_i旁路時，其中i的取值為2~N，子模 塊電容C- al-_i與子模塊電容C-ai_i-:通過鉗位二極管并聯(lián);輔助IGBT模塊T2閉合時，輔助電容 C2通過鉗位二極管與子模塊電容C_al_N并聯(lián);輔助IGBT模塊Τι閉合時，輔助電容Cl與子模塊 電容C-bu-^通過鉗位二極管并聯(lián);B相上橋臂第i個子模塊電容C- bu-_i旁路時，其中i的取值為 1~N-1，子模塊電容C_bu-_i與子模塊電容C-bu-_i+i通過鉗位二極管并聯(lián);B相上橋臂第N個子 模塊電容C-bu_N旁路時，子模塊電容C-bu-_N通過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器L〇與子模塊電容 C-bi-_i并聯(lián);B相下橋臂第i個子模塊電容C-bi_i旁路時，其中i的取值為1~N-1，子模塊電容 C_bi-_i與子模塊電容C_bi_i+i通過鉗位二極管并聯(lián);B相下橋臂N個子模塊電容C_bi_N旁路時， 子模塊電容C-b匕n與輔助電容C-2通過鉗位二極管并聯(lián);其中輔助IGBT模塊h的觸發(fā)信號與 A相上橋臂第一個子模塊觸發(fā)信號一致;輔助IGBT模塊T2的觸發(fā)信號與B相下橋臂第N個子 模塊的觸發(fā)信號一致;在直交流能量轉(zhuǎn)換的過程中，各個子模塊交替投入、旁路，輔助IGBT 模塊。、^交替閉合、關(guān)斷，A相上下橋臂子模塊電容電壓在鉗位二極管的作用下，滿足下列 約束，Uc-l 2 Uc-au_l 2 Uc-au_2 …2 Uc-au_N 2 Uc-al_l 2 Uc-al_2··· 2 Uc-al_N 2 Uc-2 ; B 相上下橋臂子模塊 電容電壓在鉗位二極管的作用下，滿足下列約束，U〇l dbu_l dbu_2…dbu_N < Uc-bl_l仝 Uc-bijT·· < UC-bi_N < UC-2;基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，動態(tài)過程 中，輔助電容&既可以作為A相電壓最高的電容，又可以作為B相電壓最低的電容;輔助電容 C2既可以作為A相電壓最低的電容，又可以作為B相電壓最高的電容;依靠著兩個等式約束， max(Uca) =min(Ucb)，min(Uca)=max(U(；b)，A、B相上下橋臂的4N個子模塊電容，Cau_i、C ai_i、 Cbu_i、Cbi_i，其中i取值為1~N，以及輔助電容&、&，電壓處于自平衡狀態(tài)，拓撲的A、B相間具 備子模塊電容電壓自均衡能力;若拓撲中C相的構(gòu)成形式與A相一致，則通過輔助電容C3、C4 的作用，C、B相間電容電壓的約束條件與A、B之間電容電壓約束條件類似;若拓撲中C相的構(gòu) 成形式與B相一致，則通過輔助電容C 3、C4的作用，A、C相間電容電壓的約束條件與A、B之間電 容電壓約束條件類似，拓撲具備子模塊電容電壓自均衡能力;在利用鉗位二極管實現(xiàn)相內(nèi) 相鄰子模塊間電容能量單相流動的基礎(chǔ)上，依靠輔助電容電壓間的等式約束max(Uc a) =min (Ucb)，min(Uca)=max(Ucb)，或max(Uca) =min(Ucc)，min(Uca)=max(Ucc)，或max(Ucc) =min (Ucb) mindkmaxl^cb)，實現(xiàn)電容能量的相間流動構(gòu)成電容能量的循環(huán)通路，進而保持相 間子模塊電容電壓穩(wěn)定，是該權(quán)利的保護內(nèi)容。5.根據(jù)權(quán)利1所述的基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，其特征在 于:基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓撲，不僅能作為多電平電壓源換流 器直接應(yīng)用于柔性直流輸電領(lǐng)域，也能通過構(gòu)成靜止同步補償器(STATC0M)，統(tǒng)一電能質(zhì)量 調(diào)節(jié)器(UPQC)，統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)等裝置應(yīng)用于柔性交流輸電領(lǐng)域；間接利用該實用 新型拓撲及思想的其他應(yīng)用場合在權(quán)利范圍內(nèi)。
【文檔編號】H02M1/32GK205657605SQ201620068867
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年1月25日 公開號201620068867.5, CN 201620068867, CN 205657605 U, CN 205657605U, CN-U-205657605, CN201620068867, CN201620068867.5, CN205657605 U, CN205657605U
【發(fā)明人】許建中, 趙成勇, 劉航
【申請人】華北電力大學