[發明專利]一種模塊化多電平變換器子模塊拓撲結構

在審

• 申請號: 202010520794.X
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111585460A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 徐坤山;李本元;黃家才;臧鳳啟;曾元靜;盛云龍;史建軍;黃亞洲;趙賢林
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/537;H02M7/5387
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 王磊

本發明公開了一種模塊化多電平變換器子模塊拓撲結構，包括全橋電路和阻抗源電路，全橋電路用于保證子模塊的直流故障穿越能力和完成子模塊的輸出，阻抗源電路用于保證子模塊的橋臂直通能力和輸出電壓穩定。本發明通過全橋電路保證了子模塊的直流故障穿越能力，具有很高的運行可靠性；通過阻抗源電路保證了子模塊的橋臂直通能力和輸出電壓穩定，子模塊本身具有子模塊電壓控制能力，可使環流交流分量小，無需采用環流抑制策略，使子模塊電容電壓值降低，減小電容尺寸和成本。

技術領域

本發明屬于大功率變換器領域，具體涉及一種模塊化多電平變換器子模塊拓撲結構。

背景技術

模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter,MMC)被廣泛應用于柔性直流輸電系統、電能質量治理、儲能、中高壓電力傳動等領域，并被認為是最具發展前景的中高壓大功率變換器。在中高壓大功率工程領域，特別是輸電及并網變流器領域，要求設備具有很高的可靠性，甚至要求具有故障不停機運行能力。由于MMC由大量的子模塊組成，所以子模塊的可靠性決定了MMC的可靠性。

傳統MMC子模塊本身存在的問題主要有子模塊電容電壓過高、子模塊電壓波動較大、上下開關管不能直通和直流側故障穿越等幾個方面。針對子模塊電容電壓過高，現有文獻大都采用控制策略進行優化，但是抑制效果有限。針對子模塊電壓波動較大和上下開關管不能直通問題，有文獻研究了基于箝位和能量轉移電路的MMC子模塊拓撲結構，但是該子模塊電容電壓過高且無直流故障穿越能力。現有文獻針對直流側故障穿越的問題提出了多種子模塊結構，如全橋子模塊、箝位子模塊、級聯子模塊和逆阻型子模塊等，但是都不能解決子模塊電容電壓過高、子模塊電壓波動大和直通問題。現有技術尚無同時從子模塊電容電壓過高、子模塊電壓波動較大、上下開關管不能直通和直流側故障穿越等幾個方面的問題提出一個全面的解決方案。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種模塊化多電平變換器子模塊拓撲結構，使得MMC子模塊具有直通和直流故障穿越能力，并解決了子模塊電容電壓過高和子模塊電壓波動較大的問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種模塊化多電平變換器子模塊拓撲結構，包括全橋電路和阻抗源電路，所述全橋電路用于保證子模塊的直流故障穿越能力和完成子模塊的輸出，所述阻抗源電路用于保證子模塊的橋臂直通能力和輸出電壓穩定。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

進一步地，上述全橋電路包括三個功率開關管S₁、S₂和S₃，三個所述功率開關管內均集成有反并聯二極管，所述功率開關管S₁的發射集分別與所述功率開關管S₂和子模塊連接；所述功率開關管S₃的集電極分別與二極管D₂的陽極和子模塊連接。

進一步地，上述阻抗源電路由箝位電路、Buck電路和boost電路級聯組成。

進一步地，上述箝位電路包括依次串聯的電感L₁、電容C₁、電容C₂和功率二極管D₁。