基于不等式約束的輔助電容分布式全橋mmc自均壓拓?fù)涞闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及柔性輸電領(lǐng)域，具體涉及一種基于不等式約束的輔助電容分布式全橋 MMC自均壓拓?fù)洹?br>【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(Sub-module，SM)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]全橋MMC由全橋子模塊組合而成，全橋子模塊由四個IGBT模塊，一個子模塊電容及 1個機械開關(guān)構(gòu)成，運行靈活，具有直流故障箝位能力。
[0004] 與兩電平、三電平VSC不同，全橋MMC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(dǎo)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全橋MMC中子模塊電容電壓均衡問 題的主流思路。但是，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(dāng)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(fù)雜化的同時也會帶來較大的改造成 本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述問題，本發(fā)明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全橋MMC自均壓拓 撲。
[0008] 本發(fā)明具體的構(gòu)成方式如下。
[0009] 基于不等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓?fù)洌ㄓ葾、B、C三相構(gòu)成的 全橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由N個全橋子模塊及1個橋臂電抗器串聯(lián)而成;包括 由6N個IGBT模塊，6N+11個鉗位二極管，8個輔助電容，4個輔助IGBT模塊組成的自均壓輔助 回路。
[0010] 上述基于不等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓?fù)?，全橋MMC模型中，A相 上橋臂的第1個子模塊，其一個IGBT模塊中點向上與直流母線正極相連接，另一個IGBT模塊 中點向下與A相上橋臂的第2個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;A相上橋臂的第i個子模 塊，其中i的取值為2~N-I，其一個IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第i-Ι個子模塊一個 IGBT模塊中點相連，另一個IGBT模塊中點向下與A相上橋臂的第i+Ι個子模塊一個IGBT模塊 中點相連;A相上橋臂的第N個子模塊，其一個IGBT模塊中點向下經(jīng)兩個橋臂電抗器與A相下 橋臂的第1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第 N-I個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;A相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-I， 其一個IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第i-Ι個子模塊一個IGBT模塊中點相連，另一個 IGBT模塊中點向下與A相下橋臂的第i+Ι個子模塊一個IGBT模塊中點相連;A相下橋臂的第N 個子模塊，其一個IGBT模塊中點向下與直流母線負(fù)極相連接，另一個IGBT模塊中點向上與A 相下橋臂的第N-I個子模塊兩個IGBT模塊中點相連接。B相和C相上下橋臂子模塊的連接方 式與A相一致。
[0011] 上述基于不等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓?fù)?，自均壓輔助回路中， 第一個輔助電容與第二個輔助電容通過鉗位二極管并聯(lián)，第二個輔助電容正極連接輔助 IGBT模塊，第一個輔助電容負(fù)極連接鉗位二極管并入直流母線正極;第三個輔助電容與第 四個輔助電容通過鉗位二極管并聯(lián)，第三個輔助電容負(fù)極連接輔助IGBT模塊，第四個輔助 電容正極連接鉗位二極管并入直流母線負(fù)極;第五個輔助電容與第六個輔助電容通過鉗位 二極管并聯(lián)，第五個輔助電容正極連接輔助IGBT模塊，第六個輔助電容負(fù)極連接鉗位二極 管并入直流母線正極;第七個輔助電容與第八個輔助電容通過鉗位二極管并聯(lián)，第八個輔 助電容負(fù)極連接輔助IGBT模塊，第七個輔助電容正極連接鉗位二極管并入直流母線負(fù)極。 鉗位二極管，通過IGBT模塊連接A相上橋臂中第1個子模塊電容與第一個輔助電容正極;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個子模塊電容與第三個輔助 電容正極。鉗位二極管，通過IGBT模塊連接B相上橋臂中第1個子模塊電容與第二個輔助電 容負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)極，其中i的取值為2~N-I;通過IGBT模塊連接B相下橋臂中第N個子模塊電容與第 四個輔助電容負(fù)極。C相上下橋臂中子模塊間鉗位二極管的連接方式與A相一致時，第六個 輔助電容正極經(jīng)輔助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，第五個 輔助電容負(fù)極經(jīng)輔助IGBT模塊、鉗位二極管連接B相上橋臂第一個子模塊電容負(fù)極，第八個 輔助電容正極經(jīng)輔助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，第七個 輔助電容負(fù)極經(jīng)輔助IGBT模塊、鉗位二極管連接B相下橋臂第N個子模塊電容負(fù)極；C相上 下橋臂中子模塊間鉗位二極管的連接方式與B相一致時，第五個輔助電容負(fù)極經(jīng)輔助IGBT 模塊、鉗位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊電容負(fù)極，第六個輔助電容正極經(jīng)輔助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，第七個輔助電容負(fù)極經(jīng)輔助IGBT 模塊、鉗位二極管連接C相下橋臂第N個子模塊電容負(fù)極，第八個輔助電容正極經(jīng)輔助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] 圖1是全橋子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是基于不等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓?fù)洹?br>【具體實施方式】
[0013] 為進一步闡述本發(fā)明的性能與工作原理，以下結(jié)合附圖對對發(fā)明的構(gòu)成方式與工 作原理進行具體說明。但基于該原理的全橋MMC自均壓拓?fù)洳幌抻趫D2。
[0014] 參考圖2,基于不等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓?fù)洌ㄓ葾、B、C三 相構(gòu)成的全橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由N個全橋子模塊及1個橋臂電抗器串聯(lián)而 成，包括由6N個IGBT模塊，6N+11個鉗位二極管，8個輔助電容，4個輔助IGBT模塊組成的自均 壓輔助回路。
[0015] 全橋MMC模型中，A相上橋臂的第1個子模塊，其一個IGBT模塊中點向上與直流母線 正極相連接，另一個IGBT模塊中點向下與A相上橋臂的第2個子模塊一個IGBT模塊中點相連 接;A相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-I，其一個IGBT模塊中點向上與A相上橋 臂的第i-Ι個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向下與A相上橋臂的第 i+Ι個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;A相上橋臂的第N個子模塊，其一個IGBT模塊中點向 上與A相上橋臂的第N-I個子模塊一個IGBT模