本實用新型屬于動態(tài)模擬試驗領(lǐng)域，具體地說是一種具有拓撲切換能力的MMC動態(tài)模擬子模塊單元及換流器。

背景技術(shù)：

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)通過若干個子模塊單元同向順序級聯(lián)實現(xiàn)高壓大容量輸出，不需要開關(guān)器件的直接串聯(lián)，避免了器件直接串聯(lián)對一致觸發(fā)性的要求，此外還具有開關(guān)頻率低、擴展性好、輸出電壓波形質(zhì)量高、運行損耗低等諸多優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于柔性交、直流輸電場合，目前在海島及城市負荷密集區(qū)供電、背靠背聯(lián)網(wǎng)以及可再生能源并網(wǎng)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，擁有巨大的發(fā)展前景。

MMC動態(tài)模擬試驗平臺使用小功率的MMC動態(tài)模擬子模塊單元代替實際工程中大功率的子模塊單元，模擬模塊化多電平換流器的工作狀態(tài)，以驗證實際工程的控制保護策略、閥基電子控制系統(tǒng)的控制策略等關(guān)鍵技術(shù)，是目前研究模塊化多電平換流器的重要技術(shù)手段。

工程中常用的子模塊單元拓撲結(jié)構(gòu)有半橋結(jié)構(gòu)、全橋結(jié)構(gòu)、類全橋結(jié)構(gòu)等，然而，目前搭建的MMC動態(tài)模擬試驗平臺普遍存在MMC動態(tài)模擬子模塊單元拓撲單一、不易靈活調(diào)節(jié)等缺點，無法在一個子模塊單元內(nèi)實現(xiàn)多種拓撲結(jié)構(gòu)的變換，當模擬子模塊單元拓撲發(fā)生變化時，無法滿足動態(tài)模擬試驗的需求，需要重新搭建新的MMC動態(tài)模擬試驗平臺。如果針對不同子模塊單元拓撲結(jié)構(gòu)分別搭建動態(tài)模擬試驗平臺，會造成工作量巨大且建設(shè)成本高昂，同時MMC動態(tài)模擬試驗平臺的工作效率低下。因此，具有多種典型拓撲切換能力的MMC動態(tài)模擬子模塊單元具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)問題，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有拓撲切換能力的MMC動態(tài)模擬子模塊單元及換流器，本實用新型能夠滿足MMC動態(tài)模擬 試驗中針對不同子模塊單元拓撲進行動態(tài)模擬試驗的需求，降低MMC動態(tài)模擬試驗平臺建設(shè)成本和工作量，提高試驗平臺工作效率，具有很高的靈活性和通用性。

為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是：

一種具有拓撲切換能力的MMC動態(tài)模擬子模塊單元，包括至少一個直流支撐電容、均壓電阻、旁路開關(guān)、四個功率半導(dǎo)體元件、四個二極管、三個轉(zhuǎn)換開關(guān)和二次控制保護單元。其中，均壓電阻與所有直流支撐電容相互并聯(lián)。

第一功率半導(dǎo)體元件的發(fā)射極與第二功率半導(dǎo)體的集電極相聯(lián)，第一功率半導(dǎo)體元件集電極及其反并聯(lián)二極管陰極與電容正端相聯(lián)，第二功率半導(dǎo)體元件發(fā)射極及其反并聯(lián)二極管陽極與電容負端相聯(lián)；

第三功率半導(dǎo)體元件的發(fā)射極與第四功率半導(dǎo)體的集電極相聯(lián)，第三功率半導(dǎo)體元件集電極及其反并聯(lián)二極管陰極與第三轉(zhuǎn)換開關(guān)的一端相聯(lián)，第四功率半導(dǎo)體元件發(fā)射極及其反并聯(lián)二極管陽極與電容負端相聯(lián)；

旁路開關(guān)一端聯(lián)接于第一功率半導(dǎo)體元件和第二功率半導(dǎo)體元件的橋臂中點，另一端與第一轉(zhuǎn)換開關(guān)、第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的一端相聯(lián)；

第一轉(zhuǎn)換開關(guān)一端聯(lián)接電容負端，另一端與旁路開關(guān)和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的一端相聯(lián)；第二轉(zhuǎn)換開關(guān)一端聯(lián)接于第三功率半導(dǎo)體元件和第四功率半導(dǎo)體元件的橋臂中點，另一端與旁路開關(guān)和第一轉(zhuǎn)換開關(guān)的一端相聯(lián)；第三轉(zhuǎn)換開關(guān)一端聯(lián)接于第一功率半導(dǎo)體元件的集電極，另一端聯(lián)接于第三功率半導(dǎo)體元件的集電極。

二次控制保護單元分別聯(lián)接四個功率半導(dǎo)體元件、三個轉(zhuǎn)換開關(guān)以及旁路開關(guān)的控制端。

一種由如前任一所述的一種具有拓撲切換能力的MMC動態(tài)模擬子模塊單元為基本單元組成的MMC動態(tài)模擬換流器，包含若干個MMC動態(tài)模擬子模塊單元，定義第一功率半導(dǎo)體元件和第二功率半導(dǎo)體元件的橋臂中點引出作為該MMC動態(tài)模擬子模塊單元的第一端，定義旁路開關(guān)、第一轉(zhuǎn)換開關(guān)及第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的聯(lián)接端引出作為該MMC動態(tài)模擬子模塊單元的第二端，將若干個MMC動態(tài)模擬子模塊單元的第一端與相鄰MMC動態(tài)模擬子模塊單元的第二端同向順序級聯(lián)組成MMC動態(tài)模擬換流器。

本實用新型所述一種具有拓撲切換能力的MMC動態(tài)模擬子模塊單元，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)控制及功率半導(dǎo)體導(dǎo)通閉鎖實現(xiàn)一個子模塊單元在半橋型、全橋型以及類全橋型拓撲結(jié)構(gòu)之間的切換，滿足 MMC動態(tài)模擬試驗中針對不同子模塊單元拓撲結(jié)構(gòu)進行動態(tài)模擬試驗的需求，避免動模重復(fù)建設(shè)成本，降低MMC動態(tài)模擬試驗平臺整體投資和工作量，提高試驗平臺工作效率，具有很高的靈活性和通用性。

附圖說明

圖1是本實用新型的電氣原理圖。

圖2是本實用新型切換的半橋型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型切換的全橋型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實用新型切換的類全橋型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實用新型MMC動態(tài)模擬子模塊單元組成的模塊化多電平換流器示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案及有益效果進行詳細說明。

本實用新型提供一種具有拓撲切換能力的MMC動態(tài)模擬子模塊單元，多個子模塊單元同向順序級聯(lián)可以構(gòu)成MMC動態(tài)模擬換流器，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)控制及功率半導(dǎo)體導(dǎo)通閉鎖實現(xiàn)一個換流閥子模塊單元在半橋型、全橋型以及類全橋型拓撲結(jié)構(gòu)之間的切換，滿足MMC動態(tài)模擬試驗中針對不同子模塊單元拓撲進行動態(tài)模擬試驗的需求。

如圖1所示，本實用新型所述一種具有拓撲切換能力的MMC動態(tài)模擬子模塊單元，包括直流支撐電容C、均壓電阻R、第一功率半導(dǎo)體元件T1、第二功率半導(dǎo)體元件T2、第三功率半導(dǎo)體元件T3、第四功率半導(dǎo)體元件T4、第一個二極管D1、第二個二極管D2、第三個二極管D3、第四個二極管D4、旁路開關(guān)K1、第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1、第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2、第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3和二次控制保護單元KZ，其中支撐電容C包含一個電容或者至少兩個相互并聯(lián)的電容，均壓電阻R與所有直流支撐電容相互并聯(lián)。

二次控制保護單元KZ分別聯(lián)接四個功率半導(dǎo)體元件、三個轉(zhuǎn)換開關(guān)以及旁路開關(guān)的控制端。

本實用新型一種具有拓撲切換能力的MMC動態(tài)模擬子模塊單元，可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)控制及功率半導(dǎo)體導(dǎo)通閉鎖實現(xiàn)一個MMC動態(tài)模擬子模塊單元在半橋型、 全橋型以及類全橋型拓撲結(jié)構(gòu)之間的切換，滿足MMC動態(tài)模擬試驗中針對不同子模塊單元拓撲結(jié)構(gòu)進行動態(tài)模擬試驗的需求。

本實用新型所述MMC動態(tài)模擬子模塊單元的拓撲切換主要包括三種典型結(jié)構(gòu)：半橋型結(jié)構(gòu)、全橋型結(jié)構(gòu)、類全橋型結(jié)構(gòu)。以下將結(jié)合說明書附圖及具體實施實例，對技術(shù)方案進行詳細說明。

實施例一：半橋型拓撲結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1閉合，第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2斷開，第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3斷開，此時第三功率半導(dǎo)體元件T3、第四功率半導(dǎo)體元件T4、第三個二極管D3、第四個二極管D4不接入電路，子模塊單元為半橋型拓撲結(jié)構(gòu)。

實施例二：全橋型拓撲結(jié)構(gòu)。

如圖3所示，第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1斷開，第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2閉合，第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3閉合，此時所有元器件接入電路，子模塊單元為全橋型拓撲結(jié)構(gòu)。

實施例三：類全橋型拓撲結(jié)構(gòu)。

如圖4所示，第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1斷開，第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2閉合，第三轉(zhuǎn)換開關(guān)S3閉合，此時所有元器件接入電路，正常運行時，第三功率半導(dǎo)體元件T3保持關(guān)斷狀態(tài)，不流過電流，可以從電路中缺省掉，只有反并聯(lián)的第三個二極管流過電流，子模塊單元為類全橋型拓撲結(jié)構(gòu)。

如圖5所示，是本實用新型MMC動態(tài)模擬子模塊單元組成的模塊化多電平換流器示意圖，包含若干個前述一種具有拓撲切換能力的MMC動態(tài)模擬子模塊單元，定義所述的第一功率半導(dǎo)體元件T1和第二功率半導(dǎo)體元件T2的橋臂中點引出作為該MMC動態(tài)模擬子模塊單元的第一端，定義所述旁路開關(guān)K1、第一轉(zhuǎn)換開關(guān)S1及第二轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的聯(lián)接端引出作為該MMC動態(tài)模擬子模塊單元的第二端，將若干個MMC動態(tài)模擬子模塊單元的第一端與相鄰MMC動態(tài)模擬子模塊單元的第二端同向順序級聯(lián)組成MMC動態(tài)模擬換流器。

上面結(jié)合附圖對本實用新型的實施方式作了詳細說明，僅為說明本實用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍。所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解到：對本實用新型的具體實施方式進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型提出的技術(shù)思想和范圍的任何修改或者等同替換均應(yīng)涵蓋在本實用新型權(quán)利要求的范圍當中。