基于等式約束的輔助電容分布式全橋mmc自均壓拓撲的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲。全橋MMC自均壓拓撲，由全橋MMC模型和自均壓輔助回路聯合構建。全橋MMC模型與自均壓輔助回路通過輔助回路中的6N個IGBT模塊發(fā)生電氣聯系，IGBT模塊觸發(fā)，兩者構成基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲；IGBT模塊閉鎖，拓撲等效為全橋MMC拓撲。該全橋MMC自均壓拓撲，可以箝位直流側故障，同時不依賴于專門的均壓控制，能夠在完成交直流能量轉換的基礎上，自發(fā)地實現子模塊電容電壓的均衡，同時能相應降低子模塊觸發(fā)頻率和電容容值，實現全橋MMC的基頻調制。
【專利說明】
基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲
技術領域
[0001] 本實用新型涉及柔性輸電領域，具體涉及一種基于等式約束的輔助電容分布式全 橋MMC自均壓拓撲。
【背景技術】
[0002] 模塊化多電平換流器MMC是未來直流輸電技術的發(fā)展方向，MMC采用子模塊(Sub-module，SM)級聯的方式構造換流閥，避免了大量器件的直接串聯，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，1個子模塊電容及1 個機械開關構成，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支撐。為了保證交流側電壓輸出的波形質量和保證 模塊中各功率半導體器件承受相同的應力，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，當子模塊數目增加時，電容電壓排序的運算量迅速增大，為 控制器的硬件設計帶來巨大挑戰(zhàn);此外，排序均壓算法的實現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，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MMC子模塊電容電壓均衡的思路。但該方案在設計上一 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，沒能充分利 用MMC的既有結構，三個變壓器的引入在使控制策略復雜化的同時也會帶來較大的改造成 本。 【實用新型內容】
[0007] 針對上述問題，本實用新型的目的在于提出一種經濟的，模塊化的，不依賴均壓算 法，同時能相應降低子模塊觸發(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] 本實用新型具體的構成方式如下。
[0009] 基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，包括由A、B、C三相構成的全 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個橋臂電抗器串聯而成;包括由 6N個IGBT模塊，6N+7個箝位二極管，4個輔助電容，4個輔助IGBT模塊組成的自均壓輔助回 路。
[0010] 上述基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，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] 上述基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，自均壓輔助回路中，第 一個輔助電容正極連接輔助IGBT模塊，負極連接箝位二極管并入直流母線正極;第二個輔 助電容負極連接輔助IGBT模塊，正極連接箝位二極管并入直流母線負極;第三個個輔助電 容正極連接輔助IGBT模塊，負極連接箝位二極管并入直流母線正極;第四個輔助電容負極 連接輔助IGBT模塊，正極連接箝位二極管并入直流母線負極。箝位二極管，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2~N-I;通過IGBT模 塊連接A相下橋臂中第N個子模塊電容與第二個輔助電容正極。箝位二極管，通過IGBT模塊 連接B相上橋臂中第1個子模塊電容與第一個輔助電容負極;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+Ι個子模塊電容負極，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個子模塊電容與第二個輔助電容負極。C相上下橋臂中 子模塊間箝位二極管的連接方式與A相一致時，第三個輔助電容正極經IGBT模塊、箝位二極 管連接C相上橋臂第一個子模塊電容正極，第三個輔助電容負極經IGBT模塊、箝位二極管連 接B相上橋臂第一個子模塊電容負極，第四個輔助電容正極經IGBT模塊、箝位二極管連接C 相下橋臂第N個子模塊電容正極，第四個輔助電容負極經IGBT模塊、箝位二極管連接B相下 橋臂第N個子模塊電容負極；C相上下橋臂中子模塊間箝位二極管的連接方式與B相一致 時，第三個輔助電容負極經IGBT模塊、箝位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊電容負極， 第三個輔助電容正極經IGBT模塊、箝位二極管連接A相上橋臂第一個子模塊電容正極，第四 個輔助電容負極經IGBT模塊、箝位二極管連接C相下橋臂第N個子模塊電容負極，第四個輔 助電容正極經IGBT模塊、箝位二極管連接A相下橋臂第N個子模塊電容正極。
【附圖說明】
[0012] 圖1是全橋子模塊的結構示意圖；
[0013] 圖2是基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲。
【具體實施方式】
[0014] 為進一步闡述本實用新型的性能與工作原理，以下結合附圖對對實用新型的構成 方式與工作原理進行具體說明。但基于該原理的全橋MMC自均壓拓撲不限于圖2。
[0015] 參考圖2,基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，包括由A、B、C三相 構成的全橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由N個全橋子模塊及1個橋臂電抗器串聯而 成，包括由6N個IGBT模塊，6N+7個箝位二極管，4個輔助電容，4個輔助IGBT模塊組成的自均 壓輔助回路。
[0016] 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模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向下經兩 個橋臂電抗器Lo與A相下橋臂的第1個全橋子模塊一個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模塊中點相連接，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模塊中點相連接;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 極相連接，另一個IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第N-I個子模塊一個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。
[0017]自均壓輔助回路中，輔助電容C1正極連接輔助IGBT模塊T1，負極連接箝位二極管并 入直流母線正極;輔助電容&負極連接輔助IGBT模塊T2，正極連接箝位二極管并入直流母線 負極;輔助電容C 3正極連接輔助IGBT模塊T3，負極連接箝位二極管并入直流母線正極，輔助 電容C4負極連接輔助IGBT模塊T 4,正極連接箝位二極管并入直流母線負極。箝位二極管，通 過IGBT模塊Tauj連接A相上橋臂中第1個子模塊電容C- au-j與輔助電容C1正極;通過IGBT模塊 Tau_i、Tau_i+1連接A相上橋臂中第i個子模塊電容C- au-_i與第i+Ι個子模塊電容C-au-_i+1正極，其 中i的取值為1~N-1;通過IGBT模塊T au_N、Taij連接A相上橋臂中第N個子模塊電容C-au-_ N與A 相下橋臂第1個子模塊電容C-al-_l正極;通過IGBT模塊Tal_i、Tal_i+l連接A相下橋臂中第i個子 模塊電容C- ai-_i與A相下橋臂第i+Ι個子模塊電容C-ai-_i+i正極，其中i的取值為1~N-I;通過 IGBT模塊Tal_N連接A相下橋臂中第N個子模塊電容C_al_N與輔助電容C2正極。箝位二極管，通 過IGBT模塊T biu連接B相上橋臂中第1個子模塊電容C-bu-j與輔助電容C1、輔助電容C 3負極； 通過IGBT模塊Tbu_i、Tbu_i+1連接B相上橋臂中第i個子模塊電容C- bu-_i與第i+Ι個子模塊電容 Ciu-少!負極，其中i的取值為1~N-I;通過IGBT模塊Tbu_N、Tbij連接B相上橋臂中第N個子模 塊電容C_ bu-_N與B相下橋臂第1個子模塊電容C-bi-j負極;通過IGBT模塊Tbi_i、T bi_i+1連接B相 下橋臂中第i個子模塊電容C-bi-_i與B相下橋臂第i+Ι個子模塊電容C-bi-_i+i負極，其中i的取 值為1~N-I;通過IGBT模塊Tbi_N連接B相下橋臂中第N個子模塊電容C-bi-_N與輔助電容C2、輔 助電容C4負極。C相上下橋臂子模塊間箝位二極管的連接關系與A相一致;C相上橋臂第一個 子模塊電容C cu--J正極經IGBT模塊Tcuj及箝位二極管連接到輔助電容C3正極;C相下橋臂第 N個子模塊電容Cc--Ij正極經IGBT模塊Tci_N及箝位二極管連接到輔助電容C 4正極。
[0018] 正常情況下，自均壓輔助回路中6N個IGBT模塊Tau_i、Tai_i、Tbu_i、Tbi_i、T cu_i、Tci_i常 閉，其中i的取值為I~N，A相上橋臂第一個子模塊電容Cauj旁路時，此時輔助IGBT模塊1^斷 開，子模塊電容C au_i與輔助電容Ci通過箝位二極管并聯;A相上橋臂第i個子模塊電容Cau_iS 路時，其中i的取值為2~N，子模塊電容Cau_i與子模塊電容Cau_i-^過箝位二極管并聯;A相 下橋臂第一個子模塊電容Cal_l旁路時，子模塊電容Cal_l通過箝位二極管、兩個橋臂電抗器L〇 與子模塊電容C au_N并聯;A相下橋臂第i個子模塊電容Cai_i旁路時，其中i的取值為2~N，子模 塊電容C ai_i與子模塊電容(^+^通過箝位二極管并聯;輔助IGBT模塊T2閉合時，輔助電容C2 通過箝位二極管與子模塊電容Cal_N并聯。
[0019] 正常情況下，自均壓輔助回路中6N個IGBT模塊Tau_i、Tai_i、T bu_i、Tbi_i、Tcu_i、Tci_i常 閉，其中i的取值為I~N，輔助IGBT模塊T 1閉合時，輔助電容C1與子模塊電容Cbuj通過箝位二 極管并聯;B相上橋臂第i個子模塊電容C bu_i旁路時，其中i的取值為1~N-I，子模塊電容Cbiui 與子模塊電容Cbu_i+i通過箝位二極管并聯;B相上橋臂第N個子模塊電容Cbu_N旁路時，子模塊 電容Cbu_N通過箝位二極管、兩個橋臂電抗器Lo與子模塊電容Cbi_i并聯;B相下橋臂第i個子模 塊電容Cbi_i旁路時，其中i的取值為1~N-I，子模塊電容Cbi_i與子模塊電容Cbi_i+i通過箝位二 極管并聯;B相下橋臂第N個子模塊電容Cbl_N旁路時，子模塊電容Cbl_N與輔助電容C2通過箝位 二極管并聯。其中輔助IGBT模塊T 1的觸發(fā)信號與A相上橋臂第一個子模塊觸發(fā)信號一致;輔 助IGBT模塊T2的觸發(fā)信號與B相下橋臂第N個子模塊的觸發(fā)信號一致。
[0020] 在直交流能量轉換的過程中，各個子模塊交替投入、旁路，輔助IGBT模塊ThT2交替 閉合、關斷，A、B相上下橋臂間電容電壓在箝位二極管的作用下，滿足下列約束： Γ/d ^cau i ?·?
[0021] ' - - -. - ^ Uoaj ^ Uckijj^ Uci
[0022] 由此可知，全橋MMC在完成直交流能量轉換的動態(tài)過程中，滿足下面的約束條件：
[0023] 1?-- J ：^ i；;： ' '~?：~s：
[0024] 同理C、B相間的約束條件為： TJa >'' ^rCcuJ - · Sis UccuJ： --" ^；OcS_2 ： · Ua-IJC;：··-
[0025] ^ _ .…_ > ~ Oa -? C/cw_i''' LiCW1J ^ca
[0026] 由此可知，
[0027] ?
[0028] 由上述具體說明可知，該全橋MMC拓撲具備子模塊電容電壓自均衡能力。
[0029]最后應當說明的是:所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實 施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得 的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
【主權項】
1. 基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，其特征在于:包括由A、B、C三 相構成的全橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由N個全橋子模塊及1個橋臂電抗器串聯而 成;包括由6N個IGBT模塊，6N+7個箝位二極管，4個輔助電容C!、C 2、C3、C4，4個輔助IGBT模塊 Τ!、T2、T3、T4構成的自均壓輔助回路。2. 根據權利1所述的基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，其特征在 于:全橋MMC模型中，Α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-1，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+1 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-1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向下經兩個 橋臂電抗器Lo與A相下橋臂的第1個全橋子模塊一個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-1，其一個IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第i-1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相下橋臂的第i + Ι個子模塊一個 IGBT模塊中點相連接;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 極相連接，另一個IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第N-1個子模塊一個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;在A、B、C相上下橋臂的第i個子模塊的 上下輸出線之間分別并聯有機械開關K au_i，Kai_i，Kbu_i，Kbi_i，K?_i，Kcd_i，其中i的取值為1~N; 上述連接關系構成的A、B、C三相地位一致，三相輪換對稱之后的其他拓撲在權利范圍內。3. 根據權利1所述的基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，其特征在 于：自均壓輔助回路中，輔助電容&正極連接輔助IGBT模塊Ti，負極連接箝位二極管并入直 流母線正極;輔助電容(： 2負極連接輔助IGBT模塊T2,正極連接箝位二極管并入直流母線負 極;輔助電容C3正極連接輔助IGBT模塊Τ 3，負極連接箝位二極管并入直流母線正極，輔助電 容C4負極連接輔助IGBT模塊Τ4，正極連接箝位二極管并入直流母線負極;箝位二極管，通過 IGBT模塊TauJ連接Α相上橋臂中第1個子模塊電容C-au-j與輔助電容Q正極;通過IGBT模塊 Tau_i、Tau_i+1連接A相上橋臂中第i個子模塊電容C- au-_i與第i+Ι個子模塊電容C-au-_i+1正極，其 中i的取值為1~N-1;通過IGBT模塊T au_N、Taij連接A相上橋臂中第N個子模塊電容C-au-_ N與A 相下橋臂第1個子模塊電容C-al-_l正極;通過IGBT模塊Tal_i、Tal_i+l連接A相下橋臂中第i個子 模塊電容C-ai-_i與A相下橋臂第i+Ι個子模塊電容C- ai-_i+i正極，其中i的取值為1~N-1;通過 IGBT模塊Tal_N連接A相下橋臂中第N個子模塊電容C-al_N與輔助電容C2正極;箝位二極管，通 過IGBT模塊T buJ連接B相上橋臂中第1個子模塊電容C-bu-j與輔助電容α負極;通過IGBT模塊 Tbu_i、Tbu_i+1連接B相上橋臂中第i個子模塊電容C- bu-_i與第i+Ι個子模塊電容C-bu-_i+1負極，其 中i的取值為1~N-1;通過IGBT模塊T bu_N、Tbij連接B相上橋臂中第N個子模塊電容C-bu_ N與B 相下橋臂第1個子模塊電容C_bi-_i負極;通過IGBT模塊Tbi_i、Tbi_i+i連接B相下橋臂中第i個子 模塊電容C_bi-_i與B相下橋臂第i+Ι個子模塊電容C-bi-_i+i負極，其中i的取值為1~N-1;通過 IGBT模塊Tbi_N連接B相下橋臂中第N個子模塊電容C-bi-_ N與輔助電容C2負極;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，輔助電容C 3正極經IGBT模塊TcuJ、鉗位二極 管連接C相上橋臂第一個子模塊電容CcuJ正極，輔助電容C 3負極經IGBT模塊TbuJ、鉗位二極 管連接B相上橋臂第一個子模塊電容CbuJ負極，輔助電容C4正極經IGBT模塊T ci_N、鉗位二極 管連接C相下橋臂第N個子模塊電容Ccl_N正極，輔助電容C4負極經IGBT模塊T bl_N、鉗位二極管 連接B相下橋臂第N個子模塊電容Cbl_N負極;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，輔助電容C 3負極經IGBT模塊T?」、鉗位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊 電容CcuJ負極，輔助電容C 3正極經IGBT模塊TauJ、鉗位二極管連接A相上橋臂第一個子模塊 電容CauJ正極，輔助電容C4負極經IGBT模塊T ci_N、鉗位二極管連接C相下橋臂第N個子模塊電 容Cci_N負極，輔助電容C4正極經IGBT模塊T ai_N、鉗位二極管連接A相下橋臂第N個子模塊電容 Cai_N正極;上述A、B、C三相中 6N 個 IGBT模塊Tau_i、Tai_i、Tbu_i、Tbi_i、T cu_i、Tci_i，其中 i 的取值為 1~N，6N+7個箝位二極管，4個輔助電容(：1、&、(：3、〇4及4個輔助1681'模塊1' 1、1'2、1'3、了4，共同構 成自均壓輔助回路。4.根據權利1所述的基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，其特征在 于:正常情況時，自均壓輔助回路中6N個IGBT模塊Tau_i、Tai_i、Tbu_i、Tbi_i、T cu_i、Tci_i常閉，故 障情況時，6N個IGBT模塊Tau_i、T ai_i、Tbu_i、Tbi_i、Tcu_i、Tci_i斷開，其中i的取值為1~N;正常情 況下，A相上橋臂第一個子模塊電容C- au-_i旁路時，此時輔助IGBT模塊Τι斷開，子模塊電容 C-au-J與輔助電容&通過箝位二極管并聯;Α相上橋臂第i個子模塊電容C_au-_i旁路時，其中i 的取值為2~N，子模塊電容C-au-_i與子模塊電容C-au-_i-i通過箝位二極管并聯;A相下橋臂第 一個子模塊電容C-al_l旁路時，子模塊電容C_al-_1通過箝位二極管、兩個橋臂電抗器L〇與子 模塊電容C- au-_N并聯;A相下橋臂第i個子模塊電容C-ai_i旁路時，其中i的取值為2~N，子模 塊電容C- al-_i與子模塊電容C-ai_i-:通過箝位二極管并聯;輔助IGBT模塊T2閉合時，輔助電容 C2通過箝位二極管與子模塊電容C_al_N并聯;輔助IGBT模塊Τι閉合時，輔助電容Cl與子模塊 電容C-bu-^通過箝位二極管并聯;B相上橋臂第i個子模塊電容C- bu-_i旁路時，其中i的取值為 1~N-1，子模塊電容C_bu-_i與子模塊電容C-bu-_i+i通過箝位二極管并聯;B相上橋臂第N個子 模塊電容C-bu_N旁路時，子模塊電容C-bu-_N通過箝位二極管、兩個橋臂電抗器L〇與子模塊電容 C-bi-_i并聯;B相下橋臂第i個子模塊電容C-bi_i旁路時，其中i的取值為1~N-1，子模塊電容 C_bi-_i與子模塊電容C_bi_i+i通過箝位二極管并聯;B相下橋臂N個子模塊電容C_bi_N旁路時， 子模塊電容C- b匕n與輔助電容C-2通過箝位二極管并聯;其中輔助IGBT模塊h的觸發(fā)信號與 A相上橋臂第一個子模塊觸發(fā)信號一致;輔助IGBT模塊T2的觸發(fā)信號與B相下橋臂第N個子 模塊的觸發(fā)信號一致;在直交流能量轉換的過程中，各個子模塊交替投入、旁路，輔助IGBT 模塊。、^交替閉合、關斷，A相上下橋臂子模塊電容電壓在箝位二極管的作用下，滿足下列 約束，Uc-l 2 Uc-au_l 2 Uc-au_2 …2 Uc-au_N 2 Uc-al_l 2 Uc-al_2··· 2 Uc-al_N 2 Uc-2 ; B 相上下橋臂子模塊 電容電壓在箝位二極管的作用下，滿足下列約束，U〇l dbu_l dbu_2…dbu_N < Uc-bl_l仝 Uc-bijT·· < UC-bi_N < UC-2;基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，動態(tài)過程中， 輔助電容&既可以作為A相電壓最高的電容，又可以作為B相電壓最低的電容;輔助電容&既 可以作為A相電壓最低的電容，又可以作為B相電壓最高的電容;依靠著兩個等式約束，max (Uca) =min(Ucb)，min(Uca)=max(Ucb)，A、B相上下橋臂的4N個子模塊電容，Cau_i、C ai_i、Cbu_i、 Cbi_i，其中i取值為1~N，以及輔助電容ChCh電壓處在自平衡狀態(tài)，拓撲的A、B相間具備子 模塊電容電壓自均衡能力;若拓撲中C相的構成形式與A相一致，則通過輔助電容C 3、C4的作 用，C、B相間電容電壓的約束條件與A、B之間電容電壓約束條件類似;若拓撲中C相的構成形 式與B相一致，則通過輔助電容C 3、C4的作用，A、C相間電容電壓的約束條件與A、B之間電容電 壓約束條件類似，拓撲具備子模塊電容電壓自均衡能力；在利用箝位二極管實現相內相鄰 子模塊間電容能量單相流動的基礎上，依靠輔助電容電壓間的等式約束max(Uca) =min (Ucb)，min(Uca)=max(Ucb)，或max(Uca) =min(Ucc)，min(Uca)=max(Ucc)，或max(Ucc) =min (Ucb) mindkmaxl^cb)，實現電容能量的相間流動構成電容能量的循環(huán)通路，進而保持相 間子模塊電容電壓穩(wěn)定，是該權利的保護內容。5.根據權利1所述的基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，其特征在 于:基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，不僅能作為多電平電壓源換流器 直接應用于柔性直流輸電領域，也能通過構成靜止同步補償器(STATCOM)，統(tǒng)一電能質量調 節(jié)器(UPQC)，統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)等裝置應用于柔性交流輸電領域；間接利用該實用新 型拓撲及思想的其他應用場合在權利范圍內。
【文檔編號】H02M7/49GK205657604SQ201620068865
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年1月25日 公開號201620068865.6, CN 201620068865, CN 205657604 U, CN 205657604U, CN-U-205657604, CN201620068865, CN201620068865.6, CN205657604 U, CN205657604U
【發(fā)明人】趙成勇, 許建中, 劉航
【申請人】華北電力大學