可組裝子模塊及三相mmc拓撲結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種可組裝子模塊，由標準半橋模塊、標準保護模塊和標準箝位模塊中的至少一種可拆卸地組裝而成；標準半橋模塊包括絕緣柵雙極型晶體管T1及與其反向并聯(lián)的二極管D1、絕緣柵雙極型晶體管T2及與其反向并聯(lián)的二極管D2，和電容C0；標準保護模塊包括并聯(lián)的旁路開關(guān)K1和晶閘管V1；標準箝位模塊包括絕緣柵雙極型晶體管T0及與其反向并聯(lián)的二極管D0、陰極與絕緣柵雙極型晶體管T0的集電極相連的二極管D3，和陽極與絕緣柵雙極型晶體管T0的發(fā)射極相連的二極管D4。相應(yīng)地，提供一種包括所述可組裝子模塊的三相MMC拓撲結(jié)構(gòu)。本實用新型所述可組裝子模塊能夠自由組裝。
【專利說明】可組裝子模塊及三相MMC拓撲結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及柔性直流輸電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于構(gòu)成MMC拓撲結(jié)構(gòu)的可組裝子模塊及三相MMC拓撲結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]換流閥是直流輸電工程的核心設(shè)備，其拓撲結(jié)構(gòu)可分為兩電平拓撲結(jié)構(gòu)、三電平拓撲結(jié)構(gòu)和MMC(Modular Multilevel Converter,即模塊化多電平變流器)拓撲結(jié)構(gòu)。
[0003]其中，MMC拓撲結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點:1)由結(jié)構(gòu)、參數(shù)相同的子模塊構(gòu)成，因此降低了制造難度和成本,更適合應(yīng)用于高壓直流(high voltage direct current,HVDC)輸電系統(tǒng)；2)用于構(gòu)成MMC拓撲結(jié)構(gòu)的子模塊的結(jié)構(gòu)簡單，工作狀態(tài)少，因此其控制相對簡單?；谏鲜鰞?yōu)點，使得MMC拓撲結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于直流輸電工程。
[0004]現(xiàn)有的用于構(gòu)成MMC拓撲結(jié)構(gòu)的子模塊主要有H-MMC(半橋子模塊)、F-MMC(全橋子模塊)和C-MMC(箝位雙子模塊)三種，這三種子模塊都是技術(shù)成熟且已封裝好的標準模塊，在實際應(yīng)用中，直接把這些標準模塊組裝到拓撲結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)位置即可。但是，如果需要將拓撲結(jié)構(gòu)中的某種子模塊變換為其它子模塊，或者某種子模塊中的某個器件出現(xiàn)問題，采用的都是直接替換法，當拓撲結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時，這種直接替換法極大地增加了生產(chǎn)成本。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述缺陷，提供一種能夠自由組裝的用于構(gòu)成MMC拓撲結(jié)構(gòu)的可組裝子模塊及三相MMC拓撲結(jié)構(gòu)。
[0006]解決本實用新型技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:
[0007]所述可組裝子模塊用于構(gòu)成MMC拓撲結(jié)構(gòu)，其由標準半橋模塊、標準保護模塊和標準箝位模塊中的至少一種可拆卸地組裝而成；其中，所述標準半橋模塊包括絕緣柵雙極型晶體管Tl及與其反向并聯(lián)的二極管D1、絕緣柵雙極型晶體管T2及與其反向并聯(lián)的二極管D2，和電容CO，絕緣柵雙極型晶體管Tl的集電極與電容CO的一端相連，絕緣柵雙極型晶體管Tl的發(fā)射極與絕緣柵雙極型晶體管T2的集電極相連，絕緣柵雙極型晶體管T2的發(fā)射極與電容CO的另一端相連；所述標準保護模塊包括并聯(lián)的旁路開關(guān)Kl和晶閘管Vl ;所述標準箝位模塊包括絕緣柵雙極型晶體管TO及與其反向并聯(lián)的二極管D0、陰極與絕緣柵雙極型晶體管TO的集電極相連的二極管D3，和陽極與絕緣柵雙極型晶體管TO的發(fā)射極相連的二極管D4。
[0008]優(yōu)選地，所述標準半橋模塊還包括四路獨立的功率出線端子，分別為與絕緣柵雙極型晶體管Tl的發(fā)射極相連的功率出線端子Al、與絕緣柵雙極型晶體管T2的發(fā)射極相連的功率出線端子A2、與所述電容CO的一端相連的功率出線端子A3，和與所述電容CO的另一端相連的功率出線端子A4 ；
[0009]所述標準保護模塊還包括四路獨立的功率出線端子，分別為與旁路開關(guān)Kl的一端相連的功率出線端子B1、與旁路開關(guān)Kl的另一端相連的功率出線端子B2、與晶閘管Vl的陰極相連的功率出線端子B3，和與晶閘管Vl的陽極相連的功率出線端子B4 ；
[0010]所述標準箝位模塊還包括四路獨立的功率出線端子，分別為與二極管D3的陽極相連的功率出線端子Cl、與二極管D4的陽極相連的功率出線端子C2、與二極管D3的陰極相連的功率出線端子C3，和與二極管D4的陰極相連的功率出線端子C4 ；
[0011]所述可組裝子模塊通過標準半橋模塊、標準保護模塊和標準箝位模塊中的至少一種模塊的功率出線端子進行可拆卸地組裝。
[0012]優(yōu)選地，所述可組裝子模塊由一個標準半橋模塊和一個標準保護模塊可拆卸地組裝而成，且所述標準保護模塊的功率出線端子B3與標準半橋模塊的功率出線端子Al可拆卸地連接，所述標準保護模塊的功率出線端子B4與標準半橋模塊的功率出線端子A2可拆卸地連接。
[0013]優(yōu)選地，所述可組裝子模塊由兩個標準半橋模塊可拆卸地組裝而成，所述兩個標準半橋模塊分別為第一標準半橋模塊和第二標準半橋模塊，且所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A3與第二標準半橋模塊的功率出線端子A3可拆卸地連接，所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A4與第二標準半橋模塊的功率出線端子A4可拆卸地連接。
[0014]優(yōu)選地，所述可組裝子模塊由一個標準箝位模塊和兩個標準半橋模塊可拆卸地組裝而成，所述兩個標準半橋模塊分別為第一標準半橋模塊和第二標準半橋模塊，且所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A3與標準箝位模塊的功率出線端子Cl可拆卸地連接，所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A4與標準箝位模塊的功率出線端子C2可拆卸地連接，所述標準箝位模塊的功率出線端子C3與第二標準半橋模塊的功率出線端子A3可拆卸地連接，所述標準箝位模塊的功率出線端子C4與第二標準半橋模塊的功率出線端子A4可拆卸地連接。
[0015]本實用新型還提供一種三相MMC拓撲結(jié)構(gòu)，包括三個相單元，每個相單元均包括上橋臂和下橋臂，每個相單元的上橋臂和下橋臂均包括依次串聯(lián)的電抗器和多個子模塊，所述子模塊采用上述可組裝子模塊。
[0016]有益效果:
[0017]I)本實用新型所述可組裝子模塊可按照實際需求自由組裝而成，也就是說，MMC拓撲結(jié)構(gòu)中需要哪種類型的子模塊，都可由標準半橋模塊、標準保護模塊和標準箝位模塊(即三種標準模塊)中的至少一種可拆卸地組裝而成，便于進行各種結(jié)構(gòu)的拓撲組合，便于系統(tǒng)實驗平臺的搭建，對MMC拓撲結(jié)構(gòu)的成本控制、調(diào)試安裝、系統(tǒng)化擴容，以及柔性直流輸電的實驗驗證都有很大的促進作用；而且，對于將MMC應(yīng)用推廣到采用常規(guī)架空線路的場合，也具有重要意義；
[0018]2)相比于現(xiàn)有技術(shù)中的直接替換法，采用本實用新型所述可組裝子模塊的拓撲結(jié)構(gòu)中，當某種子模塊需要變換為其它子模塊時，只需將變換前的子模塊中與變換后的子模塊中不同的標準模塊(即標準半橋模塊、標準保護模塊或標準箝位模塊)拆掉，并安裝上需要的標準模塊即可；當某種子模塊中的某個器件出現(xiàn)問題時，只需將該器件所在標準模塊拆掉，并安裝上新的標準模塊即可，因此，極大地節(jié)約了 MMC拓撲結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】[0019]圖1為本實用新型實施例1中標準半橋模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實用新型實施例1中標準保護模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本實用新型實施例1中標準箝位模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為本實用新型實施例2中由一個標準半橋模塊和一個標準保護模塊可拆卸地組裝而成的半橋子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為本實用新型實施例3中由兩個標準半橋模塊可拆卸地組裝而成的全橋子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本實用新型實施例4中由一個標準箝位模塊和兩個標準半橋模塊可拆卸地組裝而成的箝位雙子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7為本實用新型實施例5中三相麗C拓撲結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0027]實施例1:
[0028]本實施例提供一種用于構(gòu)成MMC拓撲結(jié)構(gòu)的可組裝子模塊，由標準半橋模塊(如圖1所示)、標準保護模塊(如圖2所示)和標準箝位模塊(如圖3所示)中的至少一種可拆卸地組裝而成，例如通過現(xiàn)有的連接件實現(xiàn)可拆卸地組裝。
[0029]其中，所述標準半橋模塊包括絕緣柵雙極型晶體管(IGBT, Insulated GateBipolar Transistor) Tl及與其反向并聯(lián)的二極管Dl、絕緣柵雙極型晶體管T2及與其反向并聯(lián)的二極管D2，和電容CO，絕緣柵雙極型晶體管Tl的集電極與電容CO的一端相連，絕緣柵雙極型晶體管Tl的發(fā)射極與絕緣柵雙極型晶體管Τ2的集電極相連，絕緣柵雙極型晶體管Τ2的發(fā)射極與電容CO的另一端相連；所述標準保護模塊包括并聯(lián)的旁路開關(guān)Kl和晶閘管Vl ;所述標準箝位模塊包括絕緣柵雙極型晶體管TO及與其反向并聯(lián)的二極管D0、陰極與絕緣柵雙極型晶體管TO的集電極相連的二極管D3，和陽極與絕緣柵雙極型晶體管TO的發(fā)射極相連的二極管D4。
[0030]具體地，如圖1所示，所述標準半橋模塊還包括四路獨立的功率出線端子，分別為與絕緣柵雙極型晶體管Tl的發(fā)射極相連的功率出線端子Al、與絕緣柵雙極型晶體管T2的發(fā)射極相連的功率出線端子A2、與所述電容CO的一端相連的功率出線端子A3，和與所述電容CO的另一端相連的功率出線端子A4。所述標準半橋模塊還包括高電壓、寬范圍的智能取電板件和控制單板，所述取電板件用于給所述控制單板提供電源，所述控制單板涉及PWM脈沖調(diào)制、標準半橋子模塊故障上報，以及電容CO的電壓采集與控制，電容CO的容量及電壓等級的選取，可根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整。
[0031]如圖2所示，所述標準保護模塊還包括四路獨立的功率出線端子，分別為與旁路開關(guān)Kl的一端相連的功率出線端子B1、與旁路開關(guān)Kl的另一端相連的功率出線端子B2、與晶閘管Vl的陰極相連的功率出線端子B3，和與晶閘管Vl的陽極相連的功率出線端子B4。所述標準保護模塊還包括控制單板，所述控制單板的電源來源于與其可拆卸地連接的標準半橋模塊的取電板件，所述控制單板涉及晶閘管Vl的觸發(fā)控制盒旁路開關(guān)Kl的控制，以及和其它標準模塊的控制單板的控制信號的交互。[0032]如圖3所示，所述標準箝位模塊還包括四路獨立的功率出線端子，分別為與二極管D3的陽極相連的功率出線端子Cl、與二極管D4的陽極相連的功率出線端子C2、與二極管D3的陰極相連的功率出線端子C3，和與二極管D4的陰極相連的功率出線端子C4。所述標準箝位模塊還包括控制單板，所述控制單板的電源來源于與其可拆卸地連接的標準半橋模塊的取電板件，所述控制單板涉及絕緣柵雙極型晶體管TO的控制信號及故障信號的上報，以及和其它標準模塊的控制單板的控制信號的交互。
[0033]因此，所述可組裝子模塊通過標準半橋模塊、標準保護模塊和標準箝位模塊中的至少一種模塊的功率出線端子進行可拆卸地組裝。
[0034]可見，本實施例所述可組裝子模塊可根據(jù)實際需求由三種標準模塊(即標準半橋模塊、標準保護模塊或標準箝位模塊)中的至少一種自由組裝而成，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用方便，因而有利于MMC拓撲結(jié)構(gòu)的成本控制、調(diào)試安裝和系統(tǒng)化擴容。
[0035]實施例2:
[0036]本實施例提供一種可組裝子模塊，由一個標準半橋模塊和一個標準保護模塊可拆卸地組裝而成，且所述標準保護模塊的功率出線端子B3與標準半橋模塊的功率出線端子Al可拆卸地連接，所述標準保護模塊的功率出線端子B4與標準半橋模塊的功率出線端子A2可拆卸地連接，從而形成如圖4所示的半橋子模塊(H-MMC)。其中的端子I和端子2分別為圖4所示半橋子模塊的輸出端子和輸入端子。
[0037]所述晶閘管Vl用于在絕緣柵雙極型晶體管T2發(fā)生短路故障情況下旁路流經(jīng)與絕緣柵雙極型晶體管T2反向并聯(lián)的二極管D2的電流，保護與絕緣柵雙極型晶體管T2反向并聯(lián)的二極管D2不至于損壞，旁路開關(guān)Kl用于在半橋子模塊發(fā)生故障的情況下將其切除，從而保證系統(tǒng)的可靠工作
[0038]本實施例中的其他結(jié)構(gòu)及作用都與實施例1相同，這里不再贅述。
[0039]實施例3:
[0040]本實施例提供一種可組裝子模塊，由兩個標準半橋模塊可拆卸地組裝而成，所述兩個標準半橋模塊分別為第一標準半橋模塊和第二標準半橋模塊，且所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A3與第二標準半橋模塊的功率出線端子A3可拆卸地連接，所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A4與第二標準半橋模塊的功率出線端子A4可拆卸地連接，從而形成如圖5所示的全橋子模塊(F-MMC)。其中的端子I和端子2分別為圖5所示全橋子模塊的輸出端子和輸入端子。
[0041]本實施例中的其他結(jié)構(gòu)及作用都與實施例1相同，這里不再贅述。
[0042]實施例4:
[0043]本實施例提供一種可組裝子模塊，由一個標準箝位模塊和兩個標準半橋模塊可拆卸地組裝而成，所述兩個標準半橋模塊分別為第一標準半橋模塊和第二標準半橋模塊，且所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A3與標準箝位模塊的功率出線端子Cl可拆卸地連接，所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A4與標準箝位模塊的功率出線端子C2可拆卸地連接，所述標準箝位模塊的功率出線端子C3與第二標準半橋模塊的功率出線端子A3可拆卸地連接，所述標準箝位模塊的功率出線端子C4與第二標準半橋模塊的功率出線端子A4可拆卸地連接，從而形成如圖6所示的箝位雙子模塊(C-MMC)。其中的端子I和端子2分別為圖6所示箝位雙子模塊的輸出端子和輸入端子。[0044]所述一個標準箝位模塊和兩個標準半橋模塊的控制單板的電源通過交互電源線纜，共用所述兩個標準半橋模塊中任一個的取電板件，且三個標準模塊的控制單板的控制信號通過信號連接線交互使用。
[0045]本實施例中的其他結(jié)構(gòu)及作用都與實施例1相同，這里不再贅述。
[0046]實施例5:
[0047]如圖7所示,本實施例提供一種三相MMC拓撲結(jié)構(gòu),包括三個相單元，即圖7中的A相單元、B相單元和C相單元，每個相單元均包括上橋臂和下橋臂，每個相單元的上橋臂和下橋臂均包括依次串聯(lián)的電抗器L和多個子模塊，且所述子模塊采用實施例2?4中任一種可組裝子模塊。
[0048]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本實用新型的原理而采用的示例性實施方式，然而本實用新型并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本實用新型的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可組裝子模塊，其用于構(gòu)成MMC拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述可組裝子模塊由標準半橋模塊、標準保護模塊和標準箝位模塊中的至少一種可拆卸地組裝而成；其中，所述標準半橋模塊包括絕緣柵雙極型晶體管Tl及與其反向并聯(lián)的二極管D1、絕緣柵雙極型晶體管T2及與其反向并聯(lián)的二極管D2，和電容CO，絕緣柵雙極型晶體管Tl的集電極與電容CO的一端相連，絕緣柵雙極型晶體管Tl的發(fā)射極與絕緣柵雙極型晶體管T2的集電極相連，絕緣柵雙極型晶體管T2的發(fā)射極與電容CO的另一端相連；所述標準保護模塊包括并聯(lián)的旁路開關(guān)Kl和晶閘管Vl ;所述標準箝位模塊包括絕緣柵雙極型晶體管TO及與其反向并聯(lián)的二極管D0、陰極與絕緣柵雙極型晶體管TO的集電極相連的二極管D3，和陽極與絕緣柵雙極型晶體管TO的發(fā)射極相連的二極管D4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可組裝子模塊，其特征在于， 所述標準半橋模塊還包括四路獨立的功率出線端子，分別為與絕緣柵雙極型晶體管Tl的發(fā)射極相連的功率出線端子Al、與絕緣柵雙極型晶體管T2的發(fā)射極相連的功率出線端子A2、與所述電容CO的一端相連的功率出線端子A3，和與所述電容CO的另一端相連的功率出線端子A4 ； 所述標準保護模塊還包括四路獨立的功率出線端子，分別為與旁路開關(guān)Kl的一端相連的功率出線端子B1、與旁路開關(guān)Kl的另一端相連的功率出線端子B2、與晶閘管Vl的陰極相連的功率出線端子B3，和與晶閘管Vl的陽極相連的功率出線端子B4 ； 所述標準箝位模塊還包括四路獨立的功率出線端子，分別為與二極管D3的陽極相連的功率出線端子Cl、與二極管D4的陽極相連的功率出線端子C2、與二極管D3的陰極相連的功率出線端子C3，和與二極管D4的陰極相連的功率出線端子C4 ； 所述可組裝子模塊通過標準半橋模塊、標準保護模塊和標準箝位模塊中的至少一種模塊的功率出線端子進行可拆卸地組裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可組裝子模塊，其特征在于，所述可組裝子模塊由一個標準半橋模塊和一個標準保護模塊可拆卸地組裝而成，且所述標準保護模塊的功率出線端子B3與標準半橋模塊的功率出線端子Al可拆卸地連接，所述標準保護模塊的功率出線端子B4與標準半橋模塊的功率出線端子A2可拆卸地連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可組裝子模塊，其特征在于，所述可組裝子模塊由兩個標準半橋模塊可拆卸地組裝而成，所述兩個標準半橋模塊分別為第一標準半橋模塊和第二標準半橋模塊，且所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A3與第二標準半橋模塊的功率出線端子A3可拆卸地連接，所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A4與第二標準半橋模塊的功率出線端子A4可拆卸地連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可組裝子模塊，其特征在于，所述可組裝子模塊由一個標準箝位模塊和兩個標準半橋模塊可拆卸地組裝而成，所述兩個標準半橋模塊分別為第一標準半橋模塊和第二標準半橋模塊，且所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A3與標準箝位模塊的功率出線端子Cl可拆卸地連接，所述第一標準半橋模塊的功率出線端子A4與標準箝位模塊的功率出線端子C2可拆卸地連接，所述標準箝位模塊的功率出線端子C3與第二標準半橋模塊的功率出線端子A3可拆卸地連接，所述標準箝位模塊的功率出線端子C4與第二標準半橋模塊的功率出線端子A4可拆卸地連接。
6.一種三相MMC拓撲結(jié)構(gòu)，包括三個相單元，每個相單元均包括上橋臂和下橋臂，每個相單元的上橋臂和下 橋臂均包括依次串聯(lián)的電抗器和多個子模塊，其特征在于，所述子模塊采用權(quán)利要求1~5中任一項所述的可組裝子模塊。
【文檔編號】H02M7/00GK203788162SQ201420043157
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】楊有濤, 劉偉增, 施輝, 張潔瓊 申請人:特變電工新疆新能源股份有限公司