[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

本發明公開了一種模塊化多功能MMC類拓撲通用實驗平臺及其方法，屬于電力電子技術領域。該實驗平臺由模塊化硬件構成。其中，橋臂模塊可轉變為整形電路和導通開關電路；電源模塊包括輔電模塊和交直流側電源端口，既可連接交、直流源，也可互聯多個通用實驗平臺，滿足多端協同控制實驗的需求；控制模塊包括主控制器和從控制器。該平臺可滿足MMC、HMMC、AAMC、HCMC、模塊化多電平DC?DC換流器等多種拓撲實驗，實現利用一個平臺開展多類拓撲實驗的目的。本發明所提出的模塊化多功能MMC類拓撲通用實驗平臺具有操作簡單、功能多樣、通用性強、拓展性強、安全性高等優點，有助于加速科研成果的轉化。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種模塊化多功能MMC類拓撲通用實驗平臺及其方法。

背景技術

高壓直流輸電(HVDC)具有輸電效率高、容量大、潮流流向可變、分布式電源易納入、大型儲能設備較少等優勢，逐漸成為遠距離、跨區域、大容量電力輸送的優選方案。模塊化多電平換流器(Modular?Multilevel?Converter,MMC)憑借模塊化程度高、輸出波形質量好、器件開關頻率低等特點，逐漸成為HVDC系統中最具發展前景的換流器之一。由于全橋型MMC成本高，而半橋型MMC無直流故障穿越能力，因此，一方面，為了具備一定的直流故障穿越能力，提出了HMMC拓撲；另一方面，為了節約成本，結合傳統兩電平換流器和MMC的結構特點，提出了HCMC和AAMC兩種混合式換流器。但由于HMMC、HCMC和AAMC存在直流側諧波含量大、電容電壓平衡困難等諸多亟待解決的問題，目前只有MMC在HVDC工程中少量投入使用。隨著對高壓直流輸電系統的深入研究，新型高壓直流配電系統逐漸得到重視，由于MMC具有電壓等級高、模塊化設計、多電平輸出等優勢，有學者提出了模塊化多電平DC-DC換流器的拓撲，該領域近些年逐漸成為高壓直流配電系統的一大研究熱點。

為了進一步深入研究MMC類拓撲的特性、優缺點及適用條件，促進其在實際工程中的應用，希望搭建原理驗證樣機，驗證仿真結果，并對比相同條件下不同MMC類拓撲的實驗結果。但原理驗證樣機的搭建存在諸多難點：換流器結構龐大、模塊數量眾多以及電路設計困難，導致硬件設計難度大；控制結構復雜、信號類型多樣、數據總量巨大，導致軟件設計難度大。上述難點使得原理驗證樣機搭建難度大、周期長。目前，一些現有的原理驗證樣機結構功能單一，可拓展性差，靈活性不夠，一種實驗平臺只能開展一種拓撲實驗。因此，如何搭建一種多功能MMC類拓撲通用實驗平臺，實現多種MMC類拓撲可在一個通用實驗平臺上開展相關驗證實驗，加速科研成果轉化，成為HVDC工程領域尚未解決的問題。

發明內容

鑒于上述，本發明結合MMC類拓撲的共同特點，利用模塊化設計的思路，提出了一種模塊化多功能MMC類拓撲通用實驗平臺及其方法，該通用實驗平臺可進行與MMC、HMMC、AAMC、HCMC和模塊化多電平DC-DC換流器相關的實驗，多個通用實驗平臺還可實現多端口協同控制實驗，拓撲間切換便捷，可拓展性強。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種模塊化多功能MMC類拓撲通用實驗平臺，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；

所述橋臂模塊包括上橋臂模塊和下橋臂模塊，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；