適用于超低調(diào)制比應用的多重分叉的模塊化多電平變換器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中柔性直流輸電、電力電子技術領域，具體地，涉及一種適用 于超低調(diào)制比應用的多重分叉結構模塊化多電平變換器(MMC)。
【背景技術】
[0002] 單分叉結構MMC(模塊化多電平變換器)如圖1所示，具有六個分叉結構的橋臂和兩 個交流端口，該變換器適用于調(diào)制比較低的AC/DC電能變換應用場合，在采用半橋結構模塊 作為子模塊時，其調(diào)制比要求小于〇. 5，能夠?qū)⒌蛪航涣髟催B接至高壓直流源，但隨著調(diào)制 比的減小，如在超低調(diào)制比（調(diào)制比小于0.1)應用場合，單分叉結構MMC面臨著損耗增加、電 容量增加、開關器件容量增加等問題。
[0003] 經(jīng)檢索，"模塊組合多電平變換器的研究綜述"，中國電機工程學報，第33卷，第6 期，2013。該文的技術要點是:傳統(tǒng)MMC的橋臂由子模塊串聯(lián)構成，常應用在調(diào)制比接近于1 的場合，當調(diào)制比減小時，橋臂電流和電容電壓波動均會增大，導致需要選取較大的功率器 件和較大子模塊電容。
[0004] 檢索中還發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮镃N201510435580.1、公開號為105024569A的發(fā) 明專利，提供了一種適用于低調(diào)制比應用的分叉結構模塊化多電平變換器，但該發(fā)明的結 構僅適用于調(diào)制比小于0.5的應用，其技術有進一步改善的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種適用于超低調(diào)制比應用的多重 分叉的模塊化多電平變換器，減小了所需功率器件的額定電流，減小了整體功率器件容量 和導通損耗，也減小了子模塊電容的總量。
[0006] 為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種適用于超低調(diào)制比應用的多重分叉的多電平矩 陣變換器，包括3組上橋臂和下橋臂，每組中的上橋臂與下橋臂呈對稱關系，并通過橋臂電 感相互連接，連接處引出作為交流端口的連接點;上橋臂的頂端連接至正直流母線，下橋臂 的底端連接至負直流母線；其中：上橋臂的一個串聯(lián)分支經(jīng)過η重分叉后得到2 n個子分支， 下橋臂的一個串聯(lián)分支經(jīng)過η重分叉后得到2"個子分支，上橋臂的子分支與下橋臂的對應 子分支通過橋臂電感相連，η> 1。
[0007] 優(yōu)選地，3組上下橋臂共引出3 X 2η個交流端口連接點，3 X 2η個連接點按照一定的 相位順序連接至交流側(cè)三相電源，其相位順序為Α相、Β相、Β相、C相、Α相、Α相、Β相、Β相、C相、 A相…重復循環(huán)；由所述上橋臂構成的多重分叉的多電平矩陣變換器具有2n個三相交流端 口（η>1) 〇
[0008] 優(yōu)選地，所述下橋臂與上橋臂結構呈對稱關系:在每個橋臂中，定義連接到直流母 線的子分支為第一層分支，經(jīng)過η重的分叉的子分支為第η層分支，則各層中各子分支產(chǎn)生 的交流電壓滿足電壓合成需求，同時滿足能量平衡條件，以維持分支中的能量平衡。
[0009] 優(yōu)選地，所述上橋臂、下橋臂各產(chǎn)生1/2的直流側(cè)電壓，其中每層分支產(chǎn)生相同的 直流電壓，各層總和為1/2的直流側(cè)電壓。
[0010]優(yōu)選地，多重分叉結構MMC的交流側(cè)輸出電壓由各層分支共同控制得到，從而滿足 電壓合成需求。
[0011]優(yōu)選地，所述的滿足能量平衡條件，滿足如下公式：
[0012]
[0013] 式中：
[0014] mdcan+1為對應子分支的直流電壓調(diào)制比，即子分支的產(chǎn)生直流電壓與變換器直流 側(cè)電壓一半的比值；
[0015] 為對應分支產(chǎn)生的交流電壓幅值；
[0016] :為交流端口的合成電壓幅值；
[0017] 0為交流端口的功率因數(shù)角；
[0018] %+1_χ為對應分支交流電壓相對分支電流的相位角。
[0019] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0020] 1)適用于超低調(diào)制比的應用，本發(fā)明提供的η重分叉MMC(n>l)中的各子分支中的 基頻交流電流為傳統(tǒng)麗C的l/2 n，與現(xiàn)有技術相比，在超低調(diào)制比應用（調(diào)制比小于l/2n)中 可以更有效地減小導通損耗；
[0021] 2)由于分支基頻電流隨分叉次數(shù)η的增加(η>1)呈指數(shù)減小，功率器件所額定電流 可以選取也大幅減小，使得整體功率器件整體容量得以減小。
[0022] 3)變換器電容量取決于橋臂能量波動，即取決于橋臂中基頻電流的大小，對比現(xiàn) 有技術，本發(fā)明的多重分叉MMC(n>l)隨分叉的增加能夠大幅減少橋臂電流基頻分量，因此 能夠進一步減少變換器的電容使用量。
【附圖說明】
[0023]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0024]圖1為單分叉結構MMC示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明一實施例的多重分叉結構MMC的一個上橋臂不意圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明一實施例的二重分叉結構MMC示意圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明一實施例的二重分叉MMC的交流端口電流仿真結果圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明 的保護范圍。
[0029] 如圖1所示，為單分叉結構MMC，其面臨著損耗增加、電容量增加、開關器件容量增 加等問題。
[0030] 如圖2-圖4所示，本實施例提供一種適用于超低調(diào)制比應用的多重分叉結構MMC， 由呈對稱關系的上橋臂與下橋臂組成;其中：
[0031] 多重分叉MMC的上橋臂（如圖2所示），由該上橋臂構成的多重分叉結構MMC具有2n 個交流端口（η>1)。其最上端連接至直流母線，橋臂結構一個串聯(lián)分支經(jīng)過η重分叉之后得 到了2"個子分支，子分支按照一定的相位順序連接至交流側(cè)三相電源；由三個上橋臂與三 個下橋臂組成多重分叉MMC，因此共有3 X 2η個子分支連接到交流側(cè)三相電源，從左到右的 連接順序為:Α相、Β相、Β相、C相、C相、Α相……依次類推。一個二重分叉MMC的具體結構如圖3 所示。