[發明專利]基于橋臂復用的MMC通用拓撲模型及優化方法

在審

• 申請號: 202110365997.0
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113193767A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 樊強;趙成勇;許建中
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M7/483;H02M7/5387
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于橋臂復用的MMC通用拓撲模型及優化方法，屬于高電壓技術領域。模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)由于其體積和占地面積極大地增加了建設成本。基于此，從橋臂子模塊復用的角度出發，提出一種基于橋臂復用的MMC通用拓撲模型及優化方法，設計出滿足工程需求的最優MMC拓撲模型。本發明的核心技術方案是：通過橋臂復用思想，設計出通用MMC拓撲模型，并改進了針對復用拓撲的相應閥級控制器。通過理論分析得出不同復用率對電容C和IGBT的使用數量的影響關系。最后從工程角度出發，得到兼顧MMC體積和成本的最優MMC拓撲模型。

技術領域

本發明涉及高電壓技術領域，具體涉及一種基于橋臂復用的MMC通用模型及優化方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)因其相對于兩電平電壓源換流器具有無換相失敗問題、諧波含量小、易于擴展等優點，已成為柔性直流電網的首選換流器拓撲。

目前柔直工程上大多采用半橋型MMC，過高的電壓等級和傳輸的功率極大地增加了MMC的體積和占地面積。基于此，從橋臂子模塊復用的角度出發，提出一種基于橋臂復用的MMC通用拓撲模型及優化方法，設計出滿足工程需求的最優MMC拓撲模型。

發明內容

針對上述背景技術中提到的半橋MMC存在的體積和占地面積大的問題，本發明基于拓撲復用思想，提出了一種基于橋臂復用的MMC通用拓撲模型及優化方法。

本發明的技術方案的特征包括以下步驟：

步驟1：將半橋MMC的橋臂分成n份，將其中的一份作為橋臂固有的部分，剩下的(n-1)份來進行上下橋臂的復用(n分復用)，并設置相應的附加開關K_n，實現其復用過程，從而實現MMC的功能。

步驟2：以變量n為自變量，推導出節省的電容個數和附加開關所需要的 IGBT與n的關系，并以表格形式表出。

步驟3：根據實際工程中電容C和IGBT的價格比和體積比，以公式形式表出n分復用下MMC拓撲節省的成本和體積，并根據不同工程需要下的成本、體積權重，得到兼顧成本和體積下的優化函數，通過求解得到滿足工程需要下的n 分復用MMC拓撲。

本發明通過三個步驟，能夠實現滿足工程需求的最優n分復用MMC拓撲模型。

具體實施方式

下面將對本發明涉及的基于橋臂復用的MMC通用拓撲模型及優化方法作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。

本發明所要解決的技術問題通過MMC同一相橋臂子模塊的復用，尋求滿足工程需求下的最優MMC拓撲模型。

本發明采用如下技術方案實現：

步驟1：改變半橋MMC的所有橋臂電抗到附圖1所示位置，并將所有橋臂分成n份(其中1＝n＝N，n為N的約數)，將其中的一份作為橋臂固有的部分，剩下的(n-1)份來進行同一相上下橋臂的復用(n分復用)，并設置相應的附加開關K_n，配置相應閥控算法。達到不影響基本功能的情況下，MMC每一相復用 (n-1)份橋臂子模塊的效果。具體拓撲圖見說明書附圖1，具體附加開關K_n的通斷情況與投入子模塊個數N_投入的關系見說明書附圖2所示，任意時刻均只有一個附加開關K_n投入，其余附加開關均為旁路，附圖2中，K_i為由上至下的第 i個附加開關。附圖3為圖1中半橋子模塊和附加開關拓撲圖。具體圖3中的T 指IGBT，MOA為避雷器，D為二極管。

步驟2：以n為自變量，推導出不同復用率下MMC拓撲節省的電容C和附加開關K_n所需要的IGBT與n的關系，列寫相應的表格并通過數學公式表出其普適應的規律，具體見表1：