[發明專利]一種模塊化多電平變流器子模塊電容能量回收及預充電一體化裝置

有效

• 申請號: 202010460636.X
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111641344B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 劉澤浩;肖嵐;李宏旭;張璽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M1/36;H02M1/32
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發明公開了一種模塊化多電平變流器子模塊電容能量回收及預充電一體化裝置，包括儲能電容U_c、IGBT半橋電路、第一斷路器QF₂、第一接觸器KM₁、第二接觸器KM₂、三工位開關3PS、放電電阻R₁、熔斷器FU、控制器和保護外殼；所述控制器包括DSP控制器和FPGA控制器；所述儲能電容輸出端與IGBT半橋電路輸入端相連，構成儲能電容充放電回路；所述IGBT半橋輸出端與直流側輸入端連接，實現子模塊系統與儲能電容的連接；所述DSP控制器、FPGA控制器控制IGBT半橋電路及子模塊IGBT，驅動相應IGBT協調動作實現電能的回收與重新利用；上述結構固定于保護外殼內；本發明可實現模塊化多電平變流器子模塊電容能量的回收儲存和預充電，實現了子模塊電容能量的回收利用。

技術領域

本發明涉及電容能量回收技術領域，主要涉及一種模塊化多電平變流器子模塊電容能量回收及預充電一體化裝置。

背景技術

隨著模塊化多電平技術的發展，模塊化多電平變流器(modular multilevelconverter，MMC)逐漸應用于中高壓多電平變換領域。隨著高壓直流輸電電壓等級的不斷提升，模塊化多電平變流器子模塊串聯數目不斷增加，進而模塊化多電平變流器中電容數目不斷增加。MMC子模塊電容起儲能和能量傳遞的作用，子模塊電容數目越多，MMC 子模塊電容儲存能量越多。MMC啟動之前，子模塊電容需要預充電至相應電壓；當MMC 停機后，MMC子模塊電容能量經放電電阻消耗。最終，MMC子模塊電容能量無法回收利用，造成能量的浪費。因此，急需一種MMC子模塊電容能量回收及MMC預充電一體化裝置，實現子模塊能量的回收利用。

發明內容

發明目的：為解決MMC子模塊電容能量無法回收、MMC停機后子模塊電容能量經電阻消耗浪費等問題，本發明提供一種MMC子模塊電容能量回收及MMC預充電一體化裝置。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種模塊化多電平變流器子模塊電容能量回收及預充電一體化裝置，包括儲能電容 U_c、IGBT半橋電路、第一斷路器QF₂、第一接觸器KM₁、第二接觸器KM₂、三工位開關3PS、放電電阻R1、熔斷器FU、控制器和保護外殼；所述控制器包括DSP控制器和FPGA控制器；

所述儲能電容U_c正極與熔斷器FU連接，熔斷器FU輸出端連接三工位開關3PS的固定端；所述三工位開關3PS接地端連接有放電電阻R₁，輸出端與IGBT半橋電路連接；所述IGBT半橋電路由Q₁和Q₂兩個IGBT串聯構成；述Q₁上設有第一反并聯二極管D₁，Q₂上設有第二反并聯二極管Q₂；串聯輸出端與第一接觸器KM₁一端連接，第一接觸器KM₁另一端連接至模塊化多電平變流器子模塊上橋臂輸入端相連；所述IGBT半橋電路輸出端與第二接觸器KM₂一端連接，第二接觸器KM₂另一端連接至模塊化多電平變流器子模塊下橋臂輸入端相連；所述儲能電容U_c負極與第一斷路器QF₂一端相連；所述第一斷路器 QF₂另一端與所述IGBT半橋電路串聯輸出端連接；

所述DSP控制器、FPGA控制器通過CAN總線連接，DSP控制器將所述模塊化多電平變流器子模塊開關器件的開關信號傳輸至FPGA控制器，所述FPGA控制器實現對IGBT 開關器件的開關控制，配合半橋電路對子模塊電容能量的回收與利用；DSP控制器通過 CAN總線與各子模塊電容電壓傳感器連接，子模塊電容電壓傳感器將所采集的電壓信號經CAN總線傳輸給DSP控制器，用于對子模塊電容電壓的追蹤與控制。