橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器，其每相電路由上橋臂、下橋臂、第一電容和第二電容組成；所述上橋臂和下橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致。上橋臂由N個(gè)半橋子模塊和第一電感構(gòu)成，下橋臂由N個(gè)類全橋子模塊和第二電感構(gòu)成。本實(shí)用新型混合模塊組合多電平變換器具有直流側(cè)短路故障自清除能力。與現(xiàn)有的僅由半橋子模塊構(gòu)成的MMC比較，具有直流側(cè)短路故障自清除能力；與現(xiàn)有的僅由全橋子模塊構(gòu)成的MMC比較，節(jié)省了大量的開關(guān)管，降低了成本。
【專利說(shuō)明】
橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及組合模塊多電平變換器領(lǐng)域，具體涉及橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高壓直流輸電的不斷發(fā)展，多電平變換器得到了巨大的發(fā)展。其中，模塊組合多電平變換器(Modular Multilevel Converter，MMC)作為一種新型的多電平拓?fù)?，除了具有傳統(tǒng)多電平變換器的優(yōu)點(diǎn)，模塊組合多電平變換器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)擴(kuò)容和冗余工作;具有不平衡運(yùn)行能力、故障穿越和恢復(fù)能力，系統(tǒng)可靠性高；由于具有公共直流母線，模塊組合多電平變換器尤其適用于高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用。
[0003]目前，MMC子模塊主要有半橋子模塊和全橋子模塊兩種。由半橋子模塊構(gòu)成的MMC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不具有直流側(cè)短路故障自清除能力；由全橋子模塊構(gòu)成的MMC具有直流側(cè)短路故障自清除能力，但需要雙倍的器件，成本非常高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器的每相電路由上橋臂、下橋臂、第一電容和第二電容組成;所述上橋臂由半橋子模塊構(gòu)成，所述下橋臂由類全橋子模塊構(gòu)成。第一電容的正極與上橋臂的一端、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的正極連接，上橋臂的另一端與下橋臂的一端、直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)連接，下橋臂的另一端與第二電容的負(fù)極、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的負(fù)極連接，第二電容的正極與第一電容的負(fù)極、地連接。
[0006]所述上橋臂由N個(gè)半橋子模塊和第一電感構(gòu)成;N個(gè)半橋子模塊依次串聯(lián)，形成半橋子模塊串，半橋子模塊串的一端與第一電感的一端連接，半橋子模塊串的另一端作為上橋臂的一端，第一電感的另一端作為上橋臂的另一端。所述下橋臂由N個(gè)類全橋子模塊和第二電感構(gòu)成;N個(gè)類全橋子模塊依次串聯(lián)，形成類全橋子模塊串，類全橋子模塊串的一端與第二電感的一端連接，類全橋子模塊串的另一端作為下橋臂的一端，第二電感的另一端作為下橋臂的另一端。
[0007]進(jìn)一步地，半橋子模塊由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管和第三電容構(gòu)成;第一開關(guān)管的集電極和第三電容的正極連接，第三電容的負(fù)極與第二開關(guān)管的發(fā)射極連接，第一開關(guān)管的發(fā)射極與第二開關(guān)管的集電極連接;第二開關(guān)管的集電極、發(fā)射極作為半橋子模塊的兩端。
[0008]進(jìn)一步地，類全橋子模塊由第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、二極管和第四電容構(gòu)成;第三開關(guān)管的集電極與第四電容的正極、第四開關(guān)管的集電極連接，第四開關(guān)管的發(fā)射極與第五開關(guān)管的集電極連接，第五開關(guān)管的發(fā)射極與二極管的陽(yáng)極、第四電容的負(fù)極連接，二極管的陰極與第三開關(guān)管的發(fā)射極連接;第三開關(guān)管的發(fā)射極、第四開關(guān)管的發(fā)射極作為類全橋子模塊的兩端。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)勢(shì)為:具有直流側(cè)短路故障自清除能力。與現(xiàn)有的僅由半橋子模塊構(gòu)成的MMC相比較，本實(shí)用新型具有直流側(cè)短路故障自清除能力;與現(xiàn)有的僅由全橋子模塊構(gòu)成的MMC相比較，本實(shí)用新型使用開關(guān)管數(shù)目大大減少，降低了成本。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2是圖1所示的橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器的半橋子模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖3是圖1所示的橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器的類全橋子模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖4是三相橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器直流側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)的等效電路。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的內(nèi)容和特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案進(jìn)行具體說(shuō)明。但本實(shí)用新型的實(shí)施不限于此。
[0015]參考圖1，本實(shí)用新型的橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器的每相電路由上橋臂11、下橋臂12、第一電容&和第二電容C2組成;所述上橋臂11由半橋子模塊構(gòu)成，所述下橋臂12由類全橋子模塊構(gòu)成。其中，第一電容Cl的正極與上橋臂11的一端、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的正極14連接，上橋臂11的另一端j與下橋臂12的一端、直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)13連接，下橋臂12的另一端與第二電容C2的負(fù)極、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的負(fù)極15連接，第二電容C2的正極與第一電容C1的負(fù)極、地η連接。
[0016]所述上橋臂11由Ν(Ν2 2)個(gè)半橋子模塊HSM1、HSM2、……、HSMN和第一電感L1構(gòu)成;N個(gè)半橋子模塊(HSM1、HSM2、……、HSMn)依次串聯(lián)，形成半橋子模塊串，半橋子模塊串的一端與第一電感L1的一端連接，半橋子模塊串的另一端作為上橋臂11的一端，第一電感L1的另一端作為上橋臂11的另一端。所述下橋臂12由N個(gè)類全橋子模塊(FSM1、FSM2、……、FSMn)和第二電感L2構(gòu)成;N個(gè)類全橋子模塊(FSMhFSM^……、FSMN)依次串聯(lián)，形成類全橋子模塊串，類全橋子模塊串的一端與第二電感L2的一端連接，類全橋子模塊串的另一端作為下橋臂12的一端，第二電感L2的另一端作為下橋臂12的另一端。
[0017]所述的半橋子模塊如圖2所示，由第一開關(guān)管!^、第二開關(guān)管T2和第三電容C3構(gòu)成；第一開關(guān)管T1的集電極和第三電容C3的正極連接，第三電容C3的負(fù)極與第二開關(guān)管T2的發(fā)射極連接，第一開關(guān)管1^的發(fā)射極與第二開關(guān)管!^的集電極連接;第二開關(guān)管T2的集電極、發(fā)射極作為半橋子模塊的兩端;所述開關(guān)管為IGBT。
[0018]所述的類全橋子模塊如圖3所示，由第三開關(guān)管T3、第四開關(guān)管T4、第五開關(guān)管T5、二極管D和第四電容C4構(gòu)成;第三開關(guān)管T3的集電極與第四電容C4的正極、第四開關(guān)管T4的集電極連接，第四開關(guān)管Τ4的發(fā)射極與第五開關(guān)管!^的集電極連接，第五開關(guān)管1~5的發(fā)射極與二極管D的陽(yáng)極、第四電容C4的負(fù)極連接，二極管D的陰極與第三開關(guān)管T3的發(fā)射極連接；第三開關(guān)管T3的發(fā)射極、第四開關(guān)管T4的發(fā)射極作為類全橋子模塊的兩端;本實(shí)例所述開關(guān)管為IGBT。
[0019]以三相橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器為例，當(dāng)直流側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，閉鎖所有開關(guān)管，其等效電路圖如圖4所示，運(yùn)行等效為直流側(cè)并聯(lián)電容的三相不控整流器，可以使短路電流迅速減小。
[0020]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:該變換器的每相電路由上橋臂(11)、下橋臂(12)、第一電容(C1)和第二電容(C2)組成;所述上橋臂(11)由半橋子模塊構(gòu)成，所述下橋臂(12 )由類全橋子模塊構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:第一電容(C1)的正極與上橋臂(11)的一端、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的正極(14)連接，上橋臂(11)的另一端(j)與下橋臂(12)的一端、直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)(13)連接，下橋臂(12)的另一端與第二電容(C2)的負(fù)極、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的負(fù)極(15)連接，第二電容(C2)的正極與第一電容(C1)的負(fù)極、地(η)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述上橋臂(11)由N個(gè)半橋子模塊(HSMhHSM^……、HSMN)和第一電感(L1)構(gòu)成;N個(gè)半橋子模塊(HSM1、HSM2、……、HSMn)依次串聯(lián)，形成半橋子模塊串，半橋子模塊串的一端與第一電感(L1)的一端連接，半橋子模塊串的另一端作為上橋臂(11)的一端，第一電感(L1)的另一端作為上橋臂(11)的另一端。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述下橋臂(12)由N個(gè)類全橋子模塊(FSM^FSifc、……、FSMN)和第二電感(L2)構(gòu)成;N個(gè)類全橋子模塊(FSM1、FSM2、……、FSMn)依次串聯(lián)，形成類全橋子模塊串，類全橋子模塊串的一端與第二電感(L2)的一端連接，類全橋子模塊串的另一端作為下橋臂(12 )的一端，第二電感(L2)的另一端作為下橋臂(12)的另一端。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述半橋子模塊由第一開關(guān)管(Ti)、第二開關(guān)管(T2)和第三電容(C3)構(gòu)成;第一開關(guān)管(T1)的集電極和第三電容(C3)的正極連接，第三電容(C3)的負(fù)極與第二開關(guān)管(T2)的發(fā)射極連接，第一開關(guān)管(T1)的發(fā)射極與第二開關(guān)管(T2)的集電極連接;第二開關(guān)管(T2)的集電極、發(fā)射極作為半橋子模塊的兩端;所述開關(guān)管為IGBT。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述類全橋子模塊由第三開關(guān)管(T3)、第四開關(guān)管(T4)、第五開關(guān)管(T5)、二極管(D)和第四電容(C4)構(gòu)成；第三開關(guān)管(T3)的集電極與第四電容(C4)的正極、第四開關(guān)管(T4)的集電極連接，第四開關(guān)管(T4)的發(fā)射極與第五開關(guān)管(T5)的集電極連接，第五開關(guān)管(T5)的發(fā)射極與二極管(D)的陽(yáng)極、第四電容(C4)的負(fù)極連接，二極管(D)的陰極與第三開關(guān)管(T3)的發(fā)射極連接;第三開關(guān)管(T3)的發(fā)射極、第四開關(guān)管(T4)的發(fā)射極作為類全橋子模塊的兩端。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的橋臂非對(duì)稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述開關(guān)管為IGBT。
【文檔編號(hào)】H02M7/5388GK205430083SQ201520741893
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年9月22日
【發(fā)明人】張波, 付堅(jiān), 丘東元, 韓沖
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)