[發明專利]基于不等式約束的輔助電容集中式半橋/單箝位混聯MMC自均壓拓撲

在審

• 申請號: 201610047421.9
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105450071A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 趙成勇;許建中;劉航
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02M7/49
• 分類號: H02M7/49
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及柔性輸電領域，具體涉及一種基于不等式約束的輔助電容集中式半橋/單箝位混聯MMC自均壓拓撲。

背景技術

模塊化多電平換流器MMC是未來直流輸電技術的發展方向，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。

半橋/單箝位混聯MMC由半橋子模塊及單箝位子模塊組合而成。半橋子模塊由2個IGBT模塊，1個子模塊電容，1個晶閘管及1個機械開關構成；單箝位子模塊由3個IGBT模塊、1個子模塊電容，一個二極管及1個機械開關構成。該混聯MMC，成本低，運行損耗小，同時能箝位直流側故障。

與兩電平、三電平VSC不同，半橋/單箝位混聯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穩定的狀態。

基于電容電壓排序的排序均壓算法是目前解決半橋/單箝位混聯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；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頻率，進而帶來換流器損耗的增加。

文獻“ADC-LinkVoltageSelf-BalanceMethodforaDiode-ClampedModularMultilevelConverterWithMinimumNumberofVoltageSensors”，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。

發明內容

針對上述問題，本發明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頻率和電容容值且具有直流故障箝位能力的半橋/單箝位混聯MMC自均壓拓撲。

本發明具體的構成方式如下。

基于不等式約束的輔助電容集中式半橋/單箝位混聯MMC自均壓拓撲，包括由A、B、C三相構成的半橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由K個半橋子模塊、N-K個單箝位子模塊及1個橋臂電抗器串聯而成；包括由6N個輔助開關（6K個機械開關，6N-6K個IGBT模塊），6N+7個鉗位二極管，4個輔助電容，2個輔助IGBT模塊組成的自均壓輔助回路。