[發明專利]一種具有雙向自均壓能力的MMC拓撲結構

有效

• 申請號: 201810876752.2
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109167522B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 束洪春;雷順廣;蔣曉涵;劉佳露;田鑫萃;袁小兵
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H02M7/797
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種具有雙向自均壓能力的MMC拓撲結構，柔性直流輸電技術領域。本發明由A、B、C三相電路組成，每一相電路包含上下兩個橋臂和兩個橋臂電感，每個橋臂包含N個子模塊，相鄰兩相電路之間具有均壓回路，整個雙向自均壓MMC拓撲包含9N+1個IGBT模塊和3N+1個功率電阻。本發明能夠按照自身的拓撲結構特點實現子模塊電容間的雙向均壓，完全摒棄了均壓控制算法，在MMC電平數上升時，不會增加實現系統的復雜度，能夠很好地運用到高電壓大容量的高壓直流柔性輸電領域。

技術領域

本發明涉及一種具有雙向自均壓能力的MMC拓撲結構，柔性直流輸電技術領域。

背景技術

模塊化多電平換流器憑借其模塊化結構，具有易擴展、輸出波形質量好、故障保護全面、恢復能力強、損耗低和不平衡運行能力強等優勢，被廣泛的應用于高壓直流輸電領域。盡管MMC具有多項優點，但也面臨著由獨特結構引發的問題，諸如均壓問題和環流抑制問題。MMC的直流側由若干個獨立電容串聯而成，通過控制投入和切除的子模塊數量實現輸出不同電平。在換流過程中，為了抑制環流、減小損耗，使輸出波形諧波含量少，需要保持各個子模塊電容間電壓周期性均衡。

目前針對MMC均壓問題主要的解決方法是采用均壓控制算法，通過對MMC子模塊電壓進行排序。運用均壓控制算法首先需要對所有子模塊的電容電壓進行采樣，需要大量的傳感器和高采樣率器件的支持，而且當MMC電平數增多時，均壓算法復雜度會成倍數上升，使控制難度急劇增加，限制了控制算法均壓在大容量MMC的應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種具有雙向自均壓能力的MMC拓撲結構，用以解決上述問題。

本發明的技術方案是：一種具有雙向自均壓能力的MMC拓撲結構，由子模塊組成的A、B、C三相電路，每一相包含上下兩個橋臂，每個橋臂由N個子模塊，在A、B、C三相電路上下橋臂之間存在兩個橋臂電感；相鄰兩相之間具有雙向均壓回路。整個雙向自均壓MMC拓撲包含18N+1個IGBT模塊和6N+1個功率電阻。

A相電路的上橋臂第1個子模塊的上輸出端連接直流端母線正極，下輸出端連接第2個子模塊的上輸出端，第2個子模塊的上輸出端連接第一個子模塊的下輸出端，下輸出端連接第3個子模塊的下輸出端，第i個子模塊的上輸出端連接第i-1個子模塊的下輸出端，下輸出端連接第i+1個子模塊的上輸出端，上橋臂的第N個子模塊的上輸出端連接第N-1個子模塊的下輸出端，下輸出端連接A相電路的橋臂電抗器L，上橋臂電感連接下橋臂電抗器，在上下橋臂電抗器的連接點引出A相電路的交流輸出端口。A相電路下橋臂的第1個子模塊的上輸出端連接下橋臂電抗器，下輸出端連接下橋臂的第2個子模塊的上輸出端，對于下橋臂第i個子模塊的上輸出端連接第i-1個子模塊的下輸出端，下輸出端連接第i+1個子模塊的上輸出端，對于下橋臂的第N個子模塊，上輸出端連接第N-1個子模塊的下輸出端，下輸出端連接直流母線的負極。B、C兩相電路的子模塊的連接方式和A相相同。

雙向自均壓回路由IGBT和功率電阻組成，IGBT在均壓回路的前端，功率電阻在均壓回路的后端；對于單相橋臂間的雙向自均壓，A相電路第一個子模塊均壓回路的IGBT集電極連接到第一個子模塊的電容的上端，即連接到直流母線的正極，發射極連接功率電阻的一端，功率電阻的另一端連接到第二個第2子模塊的電容的正極。第二個均壓回路的IGBT的集電極連接到第2個子模塊的電容的正極，發射極連接到功率電阻的一端，功率電阻的另一端連接到第3個子模塊電容的正極。對于A相電路上下橋臂的2N-1個子模塊的均壓回路連接都和第2個模塊的均壓回路連接方式相同。對于A相電路相鄰子模塊來說，由于第N-1個子模塊和第N個子模塊已經存在均壓回路，下橋臂第N個子模塊不需要添加和第N-1個子模塊的均壓回路，即A相電路上下橋臂的2N個子模塊間只需要2N-1個均壓回路。B、C單相電路相鄰子模塊間的均壓回路的連接和A相相同。