[發明專利]降低電容體積的MMC子模塊

有效

• 申請號: 201510581134.1
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN105207507B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 黃迪;曾正;邵偉華;冉立
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司11129
• 代理人: 謝殿武

技術領域

本發明涉及電力領域，尤其涉及一種降低電容體積的MMC子模塊。

背景技術

模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter,簡稱MMC)是新一代不需要變壓器而實現高、中壓電力轉換的多級轉換器中的一種，自2002年德國慕尼黑聯邦國防軍大學的R.Marquart和A.Lesnicar共同提出MMC以來，MMC以其模塊化程度高、階躍電壓低、輸出波形質量高、故障處理能力強、器件開關頻率低等特點成為了當今柔性直流輸電領域最為主流的電壓源換流器結構。近年投運了大量基于MMC的柔性直流輸電工程，但是由于MMC子模塊的電容值較大，子模塊體積較大，嚴重影響了MMC直流輸電工程的占地面積和成本。

根據現有的工程實際情況，MMC子模塊電容在子模塊中所占體積超過子模塊體積的50％，重量更是達到了子模塊重量90％以上。如果能夠采取有效的方案來降低子模塊電容的體積，將帶來顯著的經濟效益。目前很少有降低MMC子模塊電容體積方面的研究，K.Ilves等在標題為Capacitor voltage ripple shaping in modular multilevel converters allowing for operating region extension(Proc.37th Annu.Conf.IEEE Ind.Electron.Soc.,Nov.2011,pp.4403-4408)的文章中通過插入環流來調整電容電壓波形的形狀，使電容電壓波動峰值出現的時刻盡量與橋臂需要輸出最高電壓的時刻接近,從而降低電容電壓水平、放寬電容電壓波動率的限制。但是這種方案會增加橋臂電流值，增大所采用的功率器件的額定值以及增加功率損耗。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種降低電容體積的MMC子模塊，以解決上述問題。

本發明提供的降低電容體積的MMC子模塊，至少包括電容單元和與所述電容單元連接的開關單元，所述電容單元包括主電容和從電容，所述開關單元包括分別與主電容和從電容串聯連接并用于控制改變主電容和從電容的串并聯結構的開關，通過控制開關使主電容產生電壓波動，并通過從電容對主電容的電壓波動進行補償。

進一步，所述開關為設置有反并聯二極管的開關管。

進一步，所述開關管包括S_l、S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₂₁、S₂₂，所述主電容為C₁₁，所述從電容包括C₂₁、C₂₂，所述開關管S_l的集電極為MMC子模塊的輸入端，發射極為MMC子模塊的輸出端；所述開關管S₁₁的發射極與輸入端連接，集電極與從電容C₂₁的正極連接；所述開關管S₁₂與開關管S₂₁反向串聯，其中開關管S₁₂的發射極與輸入端連接，開關管S₂₁的發射極與從電容C₂₂的正極連接；所述開關管S₁₃與開關管S₂₂反向串聯，其中開關管S₁₃的發射極與輸入端連接，開關管S₂₂的發射極與從電容C₂₂的負極連接；所述主電容C₁₁的正極分別與從電容C₂₁的負極和從電容C₂₂負極連接，主電容C₁₁的負極與輸出端連接。

進一步，所述電容單元包括三種工作模式，工作模式一為主電容C₁₁和從電容C₂₁串聯接入電網，工作模式二為主電容C₁₁和從電容C₂₂串聯接入電網，工作模式三為主電容C₁₁單獨接入電網。

進一步，當輸電系統的運行功率在滿功率狀態下時，所述電容單元在三種工作模式均可使用。

進一步，當輸電系統的運行功率在高于系統額定功率的50％且低于額定功率的75％時，控制電容單元處于工作模式二或工作模式三之下。

進一步，當輸電系統的運行功率在低于系統額定功率的50％時，控制電容單元只處于工作模式三之下。