[發明專利]一種用于三相模塊化多電平變換器的子模塊電路

在審

• 申請號: 201911298429.2
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110912424A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 傅闖;張波;曹琬鈺;黃潤鴻;陳垣;丘東元;饒宏;李立浧
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;華南理工大學
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H02M7/483;H02M7/493;H02M7/5387
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種用于三相模塊化多電平變換器的子模塊電路，由2個儲能電容、12個帶反向二極管的功率開關管和6個功率二極管組成；當子模塊電路替換靠近直流側正極的六個半橋型子模塊時，子模塊電路的第一電容連接第一、二、三開關管的集電極的一端與直流側正極相連，第四、五、六開關管的發射極分別與三相模塊化多電平變換器剩余的子模塊連接；當子模塊電路替換靠近直流側負極的六個半橋型子模塊時，第二電容連接第十、十一、十二開關管的發射極的一端與直流側負極相連，第四、五、六開關管的發射極分別與三相模塊化多電平變換器剩余的子模塊連接。本發明在保持原有功能不變的情況下，可使電容數量減少4個，降低變換器體積和成本。

技術領域

本發明涉及模塊化多電平變換器的技術領域，尤其是指一種用于三相模塊化多電平變換器的子模塊電路。

背景技術

為了滿足大容量電力輸送以及增強電網可控性的要求，柔性直流輸電技術呈現快速發展的勢頭。作為柔性直流輸電工程的核心技術，模塊化多電平變換器(modularmultilevel converter，MMC)得到了廣泛的應用。現有MMC變換器，尤其是高壓領域，大多為包含各種子模塊的混合型MMC變換器。在整個MMC變換器中，半橋型子模塊占了較大的一部分。雖然相較于傳統的整流、逆變器，模塊化多電平變換器具有模塊化、開關頻率低、開關損耗小、開關器件電壓應力低等優點，但是模塊化多電平變換器在應用過程中也遇到一系列的問題，其中最為突出的是電容問題。從模塊化多電平變換器的原理上講，需要配備大量的電容，這些電容電壓應力較高，同時為了控制電容電壓紋波，電容值較高，電容占到整個模塊化多電平器件的體積的1/2和成本1/3以上。目前的現有技術無法有效縮減模塊化多電平變換器中電容的數量，電容已經成為制約模塊化多電平變換器技術發展的瓶頸。為此，亟待提出一種新型的模塊化多電平拓撲結構，以顯著減少模塊化多電平變換器的電容數量，實現模塊化多電平變換器小型化與制造成本降低。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種用于三相模塊化多電平變換器的子模塊電路，可用于替換三相模塊化多電平變換器中靠近直流側正極或負極的6個半橋型子模塊，在保持原有功能不變的情況下，使電容數量減少4個，從而減少模塊化多電平變換器的體積和成本。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種用于三相模塊化多電平變換器的子模塊電路，所述子模塊電路包括第一電容、第二電容、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第五開關管、第六開關管、第七開關管、第八開關管、第九開關管、第十開關管、第十一開關管和第十二開關管；所述第一電容的一端、第一開關管的集電極、第二開關管的集電極和第三開關管的集電極連接在一起；所述第一二極管的陰極、第一開關管的發射極和第四開關管的集電極連接在一起；所述第三二極管的陰極、第二開關管的發射極和第五開關管的集電極連接在一起；所述第五二極管的陰極、第三開關管的發射極和第六開關管的集電極連接在一起；所述第四開關管的發射極和第七開關管的集電極連接；所述第五開關管的發射極和第八開關管的集電極連接；所述第六開關管的發射極和第九開關管的集電極連接；所述第一電容的另一端、第二電容的一端、第一二極管的陽極、第二二極管的陰極、第三二極管的陽極、第四二極管的陰極、第五二極管的陽極和第六二極管的陰極連接在一起；所述第二二極管的陽極、第七開關管的發射極和第十開關管的集電極連接在一起；所述第四二極管的陽極、第八開關管的發射極和第十一開關管的集電極連接在一起；所述第六二極管的陽極、第九開關管的發射極和第十二開關管的集電極連接在一起；所述的第二電容的另一端、第十開關管的發射極、第十一開關管的發射極和第十二開關管的發射極連接在一起；

當所述子模塊電路用于替換三相模塊化多電平變換器中靠近直流側正極的六個半橋型子模塊時，所述第一電容連接第一開關管、第二開關管、第三開關管的集電極的一端與直流側正極相連，所述第四開關管、第五開關管、第六開關管的發射極分別與三相模塊化多電平變換器剩余的子模塊連接；