[發明專利]基于不等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲

有效

• 申請號: 201610047423.8
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105471306B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 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

1.基于不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+11個鉗位二極管，8個輔助電容C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈，4個輔助IGBT模塊T₁、T₂、T₃、T₄構成的自均壓輔助回路；其中全橋MMC模型中，A相上橋臂的第1個全橋子模塊，其一橋臂兩個IGBT的聯接點與直流母線正極相連接，另一橋臂兩個IGBT的聯接點與A相上橋臂的第2個全橋子模塊一橋臂兩個IGBT的聯接點相連接；A相上橋臂的第i個全橋子模塊，其中i的取值為2~N-1，其一橋臂兩個IGBT的聯接點與A相上橋臂的第i-1個全橋子模塊一橋臂兩個IGBT的聯接點相連接，另一橋臂兩個IGBT的聯接點與A相上橋臂的第i+1個全橋子模塊一橋臂兩個IGBT的聯接點相連接；A相上橋臂的第N個全橋子模塊，其一橋臂兩個IGBT的聯接點與A相上橋臂的第N-1個全橋子模塊一橋臂兩個IGBT的聯接點相連接，另一橋臂兩個IGBT的聯接點經兩個橋臂電抗器L₀與A相下橋臂的第1個全橋子模塊一橋臂兩個IGBT的聯接點相連接；A相下橋臂的第i個全橋子模塊，其中i的取值為2~N-1，其一橋臂兩個IGBT的聯接點與A相下橋臂的第i-1個全橋子模塊一橋臂兩個IGBT的聯接點相連接，另一橋臂兩個IGBT的聯接點與A相下橋臂的第i+1個全橋子模塊一橋臂兩個IGBT的聯接點相連接；A相下橋臂的第N個全橋子模塊，其一橋臂兩個IGBT的聯接點與直流母線負極相連接，另一橋臂兩個IGBT的聯接點與A相下橋臂的第N-1個全橋子模塊一橋臂兩個IGBT的聯接點相連接；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個全橋子模塊輸出端口間分別并聯有機械開關K_{au_i}，K_{al_i}，K_{bu_i}，K_{bl_i}，K_{cu_i}，K_{cl_i}，其中i的取值為1~N；自均壓輔助回路中，鉗位二極管D₂負極連接輔助電容C₂正極，鉗位二極管D₂正極連接輔助電容C₁正極，輔助電容C₂正極連接輔助IGBT模塊T₁的漏極，輔助電容C₁負極連接鉗位二極管D₁正極；鉗位二極管D₄負極連接輔助電容C₃正極，鉗位二極管D₄正極連接輔助電容C₄正極，輔助電容C₃負極連接輔助IGBT模塊T₂的源極，輔助電容C₄正極連接鉗位二極管D₃負極；鉗位二極管D₆負極連接輔助電容C₅正極，鉗位二極管D₆正極連接輔助電容C₆正極，輔助電容C₅正極連接輔助IGBT模塊T₃的漏極，輔助電容C₆負極連接鉗位二極管D₅正極；鉗位二極管D₈負極連接輔助電容C₈正極，鉗位二極管D₈正極連接輔助電容C₇正極，輔助電容C₈負極連接輔助IGBT模塊T₄的源極，輔助電容C₇正極連接鉗位二極管D₇負極；鉗位二極管D_{au_0}負極連接輔助電容C₁正極，鉗位二極管D_{au_0}正極通過IGBT模塊T_{au_1}連接A相上橋臂中第1個全橋子模塊電容C_{au_1}正極，其中T_{au_1}漏極連接C_{au_1}正極，T_{au_1}源極連接D_{au_0}正極；鉗位二極管D_{au_i}負極通過IGBT模塊T_{au_i}連接A相上橋臂中第i個全橋子模塊電容C_{au_i}正極，鉗位二極管D_{au_i}正極通過IGBT模塊T_{au_i+1}連接A相上橋臂中第i+1個全橋子模塊電容C_{au_i+1}正極，其中T_{au_i}漏極連接C_{au_i}正極，T_{au_i}源極連接D_{au_i}負極，T_{au_i+1}漏極連接C_{au_i+1}正極，T_{au_i+1}源極連接D_{au_i}正極，i的取值為1～N-1；鉗位二極管D_{au_N}負極通過IGBT模塊T_{au_N}連接A相上橋臂中第N個全橋子模塊電容C_{au_N}正極，鉗位二極管D_{au_N}正極通過IGBT模塊T_{al_1}連接A相下橋臂第1個全橋子模塊電容C_{al_1}正極，其中T_{au_N}漏極連接C_{au_N}正極，T_{au_N}源極連接D_{au_N}負極，T_{al_1}漏極連接C_{al_1}正極，T_{al_1}源極連接D_{au_N}正極；鉗位二極管D_{al_i}負極通過IGBT模塊T_{al_i}連接A相下橋臂中第i個全橋子模塊電容C_{al_i}正極，鉗位二極管D_{al_i}正極通過IGBT模塊T_{al_i+1}連接A相下橋臂第i+1個全橋子模塊電容C_{al_i+1}正極，其中T_{al_i}漏極連接C_{al_i}正極，T_{al_i}源極連接D_{al_i}負極，T_{al_i+1}漏極連接C_{al_i+1}正極，T_{al_i+1}源極連接D_{al_i}正極，i的取值為1～N-1；鉗位二極管D_{al_N}負極通過IGBT模塊T_{al_N}連接A相下橋臂中第N個全橋子模塊電容C_{al_N}正極，鉗位二極管D_{al_N}正極連接輔助電容C₃正極，其中T_{al_N}漏極連接C_{al_N}正極，T_{al_N}源極連接D_{al_N}負極；鉗位二極管D_{bu_0}負極連接輔助電容C₂負極，鉗位二極管D_{bu_0}正極通過IGBT模塊T_{bu_1}連接B相上橋臂中第1個全橋子模塊電容C_{bu_1}負極，其中T_{bu_1}漏極連接C_{bu_1}負極，T_{bu_1}源極連接D_{bu_0}正極；鉗位二極管D_{bu_ i}負極通過IGBT模塊T_{bu_i}連接B相上橋臂中第i個全橋子模塊電容C_{bu_i}負極，鉗位二極管D_{bu_ i}正極通過IGBT模塊T_{bu_i+1}連接B相上橋臂中第i+1個全橋子模塊電容C_{bu_i+1}負極，其中T_{bu_i}漏極連接C_{bu_i}負極，T_{bu_i}源極連接D_{bu_ i}負極， T_{bu_i+1}漏極連接C_{bu_i+1}負極，T_{bu_i+1}源極連接D_{bu_ i}正極，i的取值為1～N-1；鉗位二極管D_{bu_N}負極通過IGBT模塊T_{bu_N}連接B相上橋臂中第N個全橋子模塊電容C_{bu_N}負極，鉗位二極管D_{bu_N}正極通過IGBT模塊T_{bl_1}連接B相下橋臂第1個全橋子模塊電容C_{bl_1}負極，其中T_{bu_N}漏極連接C_{bu_N}負極，T_{bu_N}源極連接D_{bu_N}負極，T_{bl_1}漏極連接C_{bl_1}負極，T_{bl_1}源極連接D_{bu_N}正極；鉗位二極管D_{bl_i}負極通過IGBT模塊T_{bl_i}連接B相下橋臂中第i個全橋子模塊電容C_{bl_i}負極，鉗位二極管D_{bl_i}正極通過IGBT模塊T_{bl_i+1}連接B相下橋臂第i+1個全橋子模塊電容C_{bl_i+1}負極，其中T_{bl_i}漏極連接C_{bl_i}負極，T_{bl_i}源極連接D_{bl_i}負極，T_{bl_i+1}漏極連接C_{bl_i+1}負極，T_{bl_i+1}源極連接D_{bl_i}正極，i的取值為1～N-1；鉗位二極管D_{bl_N}負極通過IGBT模塊T_{bl_N}連接B相下橋臂中第N個全橋子模塊電容C_{bl_N}負極，鉗位二極管D_{bl_N}正極連接輔助電容C₄負極，其中T_{bl_N}漏極連接C_{bl_N}負極，T_{bl_N}源極連接D_{bl_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A相一致，此外，鉗位二極管D_{cu_0}負極連接輔助電容C₆正極，鉗位二極管D_{cu_0}正極連接IGBT模塊T_{cu_1}源極，輔助電容C₅負極連接鉗位二極管D_{bu_0}負極，鉗位二極管D_{cl_N}正極連接輔助電容C₈正極，鉗位二極管D_{cl_N}負極連接IGBT模塊T_{cl_N}源極，輔助電容C₇負極連接鉗位二極管D_{bl_N}正極；上述A、B、C三相中6N個IGBT模塊 T_{au_i}、T_{al_i}、T_{bu_i}、T_{bl_i}、T_{cu_i}、T_{cl_i}，其中i的取值為1～N，6N+11個鉗位二極管，8個輔助電容C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈及4個輔助IGBT模塊T₁、T₂、T₃、T₄，共同構成自均壓輔助回路。

2.根據權利要求1所述的基于不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T_{au_i}、T_{al_i}、T_{bu_i}、T_{bl_i}、T_{cu_i}、T_{cl_i}常閉，故障情況時，6N個IGBT模塊T_{au_i}、T_{al_i}、T_{bu_i}、T_{bl_i}、T_{cu_i}、T_{cl_i}斷開，其中i的取值為1～N；正常情況下，A相上橋臂第一個全橋子模塊電容C_{au_1}旁路時，此時輔助IGBT模塊T₁斷開，子模塊電容C_{au_1}與輔助電容C₁通過鉗位二極管并聯；A相上橋臂第i個全橋子模塊電容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-1}通過鉗位二極管并聯；A相下橋臂第一個全橋子模塊電容C_{al_1}旁路時，子模塊電容C_{al_1}通過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器L₀與子模塊電容C_{au_N}并聯；A相下橋臂第i個全橋子模塊電容C_{al_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_{al_i-1}通過鉗位二極管并聯；輔助IGBT模塊T₂閉合時，輔助電容C₃通過鉗位二極管與子模塊電容C_{al_N}并聯；輔助IGBT模塊T₁閉合時，輔助電容C₂與子模塊電容C_{bu_1}通過鉗位二極管并聯；B相上橋臂第i個全橋子模塊電容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+1}通過鉗位二極管并聯；B相上橋臂第N個全橋子模塊電容C_{bu_N}旁路時，子模塊電容C_{bu_N}通過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器L₀與子模塊電容C_{bl_1}并聯；B相下橋臂第i個全橋子模塊電容C_{bl_i}旁路時，其中i的取值為1～N-1，子模塊電容C_{bl_i}與子模塊電容C_{bl_i+1}通過鉗位二極管并聯；B相下橋臂N個全橋子模塊電容C_{bl_N}旁路時，子模塊電容C_{bl_N}與輔助電容C₄通過鉗位二極管并聯；其中輔助IGBT模塊T₁的觸發信號與A相上橋臂第一個全橋子模塊的觸發信號一致；輔助IGBT模塊T₂的觸發信號與B相下橋臂第N個全橋子模塊的觸發信號一致；在直交流能量轉換的過程中，各個全橋子模塊交替投入、旁路，輔助IGBT模塊T₁、T₂交替閉合、關斷，A相上下橋臂子模塊電容電壓在鉗位二極管的作用下，滿足下列約束，U_C1≥U_{Cau_1}≥U_{Cau_2}…≥U_{Cau_N}≥U_{Cal_1}≥U_{Cal_2}…≥U_{Cal_N}≥U_C3；B相上下橋臂子模塊電容電壓在鉗位二極管的作用下，滿足下列約束，U_C2≤U_{Cbu_1}≤U_{Cbu_2}…≤U_{Cbu_N}≤U_{Cbl_1}≤U_{Cbl_2}…≤U_{Cbl_N}≤U_C4；依靠著輔助電容C₁、C₂電壓之間，輔助電容C₃、C₄電壓之間的不等式約束“U_C1≤U_C2，U_C3≥U_C4”，A、B相上下橋臂的4N個全橋子模塊電容，C_{au_i}、C_{al_i}、C_{bu_i}、C_{bl_i}，其中i取值為1～N，以及輔助電容C₁、C₂、C₃、C₄，的電壓橋臂于自平衡狀態，拓撲的A、B相間具備子模塊電容電壓自均衡能力；拓撲中C相的構成形式與A相一致，通過輔助電容C₅、C₆、C₇、C₈的作用，C、B相間電容電壓的約束條件與A、B相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。