[發明專利]一種基于四有源橋的MMC-SST拓撲及控制方法

有效

• 申請號: 202110459768.5
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113037117B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 孫孝峰;滕甲訓;劉學敏;李昕;王寶誠
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H02M3/335;H02M7/483
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

1.一種基于四有源橋的MMC-SST拓撲，其特征在于：包括模塊化多電平變換器結構、半橋與電容結構、全橋結構、隔離型四繞組高頻變壓器、三相橋臂和公共母線，所述全橋結構和半橋與電容結構組成隔離子模塊，所述隔離型四繞組高頻變壓器與全橋結構作為高頻鏈路將橫向三個子模塊互聯在原邊側，原邊側變比為1：1：1；隔離型四繞組變壓器的副邊側通過全橋結構形成低壓直流母線，所述橫向三個隔離子模塊與隔離型四繞組高頻變壓器及副邊側全橋結構共同過組成新型組合模塊單元；所述三相橋臂中每相橋臂均分為上橋臂和下橋臂，每相上橋臂均包括n個隔離子模塊和上橋臂電感L_g1、L_g3、L_g5，每相下橋臂均包括n個隔離子模塊和下橋臂電感L_g2、L_g4、L_g6；

一種基于四有源橋的MMC-SST拓撲的控制方法，采用包括MMC級半橋與電容結構的AC/DC轉換控制和高頻隔離級的混合同步與移相控制，所述半橋與電容結構控制采用abc坐標下獨立電壓電流的雙閉環控制，所述雙閉環控制包括輸出直流電壓外環控制和交流側電流內環控制且調制方式采用載波移相脈寬調制技術調制策略，混合移相控制是在四繞組變壓器的原邊側三個全橋結構采用給定占空比的同步開環PWM調制，原邊側與副邊側之間采用移相控制；

對四有源橋結構建立等效模型，隔離型高頻變壓器原邊側三個繞組端口電壓分別等效為電壓源u_aa'、u_bb'、u_cc',變壓器繞組漏感分別為L_pa、L_pb、L_pc；副邊側變壓器繞組漏感為L_s，電壓等效為u_ss'；由于波動功率具備三相對稱性，能夠在變壓器原邊側實現相互抵消，同時橋臂中2倍頻循環電流可實現完全消除；

所述隔離子模塊包括第一功率開關管Q₁、第二功率開關管Q₂、第一電容C_C、第三功率開關管Q₃、第四功率開關管Q₄、第五功率開關管Q₅、第六功率開關管Q₆，所述四繞組高頻變壓器T₁包括第一繞組N₁、第二繞組N₂、第三繞組N₃、第四繞組N₄；所述第一功率開關管Q₁的集電極與第三功率開關管Q₃的集電極及第五功率開關管Q₅的集電極相連；所述第二功率開關管Q₂的發射極與第四功率開關管Q₄的發射極及第六功率開關管Q₆的發射極相連；所述第一功率開關管Q₁的發射極與第二功率開關管Q₂的集電極相連；所述第三功率開關管Q₃的發射極與第四功率開關管Q₄的集電極相連；所述第五功率開關管Q₅的發射極與第六功率開關管Q₆的集電極相連；第一電容C_C的一端與第一功率開關管Q₁的集電極連接，所述第一電容C_C的另一端與第二功率開關管Q₂的發射極連接；所述第一繞組N₁的同名端連接到橫向同一位置三個隔離子模塊中A相的隔離子模塊第三功率開關管Q₃以及第四功率開關管Q₄所組成的橋臂中點，所述第一繞組N₁的異名端連接到該隔離子模塊第五功率開關管Q₅以及第六功率開關管Q₆所組成的橋臂中點；所述第二繞組N₂的同名端連接到橫向同一位置三個隔離子模塊中B相的隔離子模塊第三功率開關管Q₃以及第四功率開關管Q₄所組成的橋臂中點，所述第二繞組N₂的異名端連接到該隔離子模塊第五功率開關管Q₅以及第六功率開關管Q₆所組成的橋臂中點；所述第三繞組N₃的同名端連接到橫向同一位置三個隔離子模塊中C相的隔離子模塊第三功率開關管Q₃以及第四功率開關管Q₄所組成的橋臂中點，所述第三繞組N₃的異名端連接到該隔離子模塊第五功率開關管Q₅以及第六功率開關管Q₆所組成的橋臂中點；所述第四繞組N₄的同名端與全橋結構中第三功率開關管Q₃以及第四功率開關管Q₄所組成的橋臂中點連接，所述第四繞組N₄的異名端連接到第五功率開關管Q₅以及第六功率開關管Q₆所組成的橋臂中點；所述第一、第二、第三繞組位于隔離型四繞組高頻變壓器的原邊側，第四繞組位于副邊側；

所述每相上橋臂第一個隔離子模塊的第一功率開關管Q₁與第二功率開關管Q₂組成的中點與中壓直流母線的正極相連；所述第二功率開關管Q₂的發射極與下一隔離子模塊的第一功率開關管Q₁的發射極相連；所述上橋臂電感L_g1、L_g3、L_g5的一端與每相上橋臂的最后一個隔離子模塊的第二功率開關管Q₂的發射極連接，三相上橋臂電感L_g1、L_g3、L_g5的另一端分別連接中壓交流母線的a相、b相、c相；三相下橋臂電感L_g2、L_g4、L_g6的一端分別與中壓交流母線的a相、b相、c相連接，三相下橋臂電感L_g2、L_g4、L_g6的另一端與每相下半橋臂第一個隔離子模塊的第一功率開關管Q₁的發射極連接；每相下半橋臂隔離子模塊的第二功率開關管Q₂的發射極與下一隔離子模塊的第一功率開關管Q₁的發射極相連；下半橋臂最后一個隔離子模塊的第二功率開關管Q₂的發射極與中壓直流母線的負極相連；所有與第四繞組連接的全橋并聯第二電容C_O結構的輸出端級聯形成低壓直流母線；

所述模塊化多電平變換器結構的子模塊輸入電流包含直流分量與交流分量，交流部分主要包括基頻、2倍頻分量，在三端口MMC-SST拓撲上、下橋臂縱向隔離子模塊之間，波動電流中基頻分量i_f1-ua、i_f1-ub、i_f1-uc與i_f1-da、i_f1-db、i_f1-dc相位相反，2倍頻分量i_f2-ua、i_f2-ub、i_f2-uc與i_f2-da、i_f2-db、i_f2-dc相位相同，在橫向隔離子模塊之間，基頻分量呈三相正序，2倍頻分量呈三相負序，具有三相對稱特性。