[發明專利]一種模塊化多功能MMC類拓撲通用實驗平臺及其方法

有效

• 申請號: 202010627980.3
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111665411B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 楊歡;常曉飛;范世源;楊賀雅;李武華;何湘寧;趙榮祥
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;H02J3/36;H02M7/00;H05K7/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種模塊化多功能MMC類拓撲通用實驗平臺，其特征在于，可為多種MMC類換流器級拓撲提供通用化的實驗平臺；所述的實驗平臺由機柜和安裝在機柜內的模塊化硬件構成，所述模塊化硬件包括橋臂模塊、采樣模塊、電源模塊、控制模塊、電感模塊、隔離變壓器和保護模塊；所述的采樣模塊、保護模塊、橋臂模塊、電源模塊、電感模塊和隔離變壓器的工作狀態均由控制模塊控制；

所述多種MMC類換流器級拓撲包括AAMC拓撲、HCMC拓撲和模塊化多電平DC-DC拓撲；所述采樣模塊分為換流器級采樣和全橋子模塊采樣，均由采樣板和從控制器構成，設有多路電壓檢測端口和電流檢測端口，所述電壓檢測端口并聯設置在上橋臂模塊和下橋臂模塊、隔離變壓器輸入端和輸出端、以及電源模塊的直流側電源端口處，所述電流檢測端口設置在換流器的橋臂側、交流側和直流側；

所述保護模塊包括直流側保護、交流側保護和全橋子模塊保護，直流側保護和交流側保護包括串聯連接的空氣開關和可控斷路器；

所述橋臂模塊包括上橋臂模塊和下橋臂模塊，所述上橋臂模塊和下橋臂模塊均由若干個全橋子模塊串聯構成，通過控制模塊控制后，可轉變為導通開關電路和整形電路；每個全橋子模塊均為由全橋子模塊采樣、從控制器、功率板和全橋子模塊保護組成的獨立單元；每一相上橋臂模塊的輸入端經采樣模塊的換流器級電流采樣和保護模塊的直流側保護后，再與電源模塊的直流側電源端口正極相連；下橋臂模塊的輸入端與電源模塊的直流側電源端口負極相連；上橋臂模塊和下橋臂模塊的輸出端經采樣模塊的換流器級采樣后，再與電感模塊的輸入端相連；所述電感模塊中每一相的兩個輸出端相連，經采樣模塊的換流器級采樣和保護模塊的交流側保護后，再與隔離變壓器的輸入端相連；所述隔離變壓器的輸出端與電源模塊的交流側電源端口相連；

所述控制模塊包括主控制器和從控制器，所述主控制器設有多個光纖通訊接口，通過光纖與各從控制器之間通訊；所述從控制器集成有高性能DSP；

所述AAMC拓撲通過控制模塊中AAMC的控制及調試程序控制橋臂模塊實現，使得部分全橋子模塊轉變為導通開關電路，切除其中的電容并保證電流的流通；另一部分全橋子模塊轉變為整形電路；

所述HCMC拓撲通過控制模塊中HCMC的控制及調試程序控制橋臂模塊實現，使得部分全橋子模塊轉變為導通開關電路，切除其中的電容并保證電流的流通；另一部分全橋子模塊轉變為整形電路；同時，控制上、下橋臂模塊中的導通開關電路共接為輸出端口，并與整形電路的輸入端口相連，整形電路輸出端口與電感模塊的輸入端相連；然后根據所需導通開關電路和全橋結構的數量，控制全橋子模塊處于導通開關電路或全橋結構狀態；

所述模塊化多電平DC-DC拓撲通過控制模塊中模塊化多電平DC-DC的控制及調試程序控制橋臂模塊實現；對于單端輸出的模塊化多電平DC-DC換流器，主電路僅選擇一對上、下橋臂模塊，輸出諧振電路由電感模塊和另一個橋臂模塊組成，所述主電路所在橋臂的輸出端口經電感模塊與另一橋臂模塊的輸出端口相連；主電路的上、下橋臂模塊根據所需全橋結構或半橋結構的數量，控制全橋子模塊處于全橋結構或半橋結構狀態，而輸出諧振電路的橋臂模塊當作可調電容使用，通過控制全橋子模塊的投切數量來調節橋臂模塊整體電容值的大小，在運行時無需充電。

2.如權利要求1所述的一種模塊化多功能MMC類拓撲通用實驗平臺，其特征在于，所述機柜內設置有橋臂模塊狀態顯示屏和電壓電流顯示屏，所述橋臂模塊狀態顯示屏通過網線與主控制器相連，可顯示的橋臂模塊狀態包括正常狀態、運行狀態、過壓狀態、過流狀態、過溫狀態和通信錯誤；所述電壓電流顯示屏與電源模塊和采樣模塊相連。

3.如權利要求1所述的一種模塊化多功能MMC類拓撲通用實驗平臺，其特征在于，所述電源模塊包括輔電模塊、交流側電源端口和直流側電源端口。

4.如權利要求1所述的一種模塊化多功能MMC類拓撲通用實驗平臺，其特征在于，所述電感模塊由6組電感值可調的電感子模塊構成。

5.一種如權利要求1所述的模塊化多功能MMC類拓撲通用實驗平臺的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據實驗需求確定拓撲類型，以及整形電路、導通開關電路所需的全橋子模塊的數量，若所需數量小于通用實驗平臺所提供的數量，則控制多余的全橋子模塊處于切除狀態；若等于通用實驗平臺所提供的數量，則無需調整；若大于通用實驗平臺所提供的數量，則串聯加入多個額外的全橋子模塊；

步驟2：在試驗平臺的控制模塊內部集成有模塊化程序，包括AAMC、HCMH和模塊化多電平DC-DC換流器的控制及調試程序，根據拓撲類型選擇相應的連接方式和控制及調制程序；

步驟3：開啟電源模塊，通過主控制器執行相應的控制及調試程序，獲取實驗數據并保存。