[發明專利]一種三相串聯混合式MMC拓撲結構及控制方法

在審

• 申請號: 202111274054.3
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN113992053A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 劉忠;劉超吾;陳武;蘭建西;劉恒門;李培培;詹昕;張宸
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司揚州供電分公司;國網江蘇省電力有限公司
• 主分類號: H02M7/72
• 分類號: H02M7/72;H02J5/00;H02J3/18
• 代理公司: 揚州市蘇為知識產權代理事務所(普通合伙) 32283
• 代理人: 賈俊偉

一種三相串聯混合式MMC拓撲結構及控制方法。涉及電力系統技術領域，具體涉及一種三相串聯MMC拓撲結構及控制方法的改進。包括直流側電路和交流側電路，所述直流側電路包括A、B、C三相串聯連接的橋臂電路，三相的所述橋臂電路具有相同結構；所述直流側電路的兩端，分別連接直流側的正負端口；任一相的所述橋臂電路的兩端均并聯有電容，且三相的所述電容串聯連接；所述交流側電路包括分別連接三相的所述橋臂電路的三個全橋子模塊閥串、三個電感和三個變壓器；本發明在無功補償狀態下,保證MMC正常工作，為故障清除提供必要時間。

技術領域

本發明涉及電力系統技術領域，具體涉及一種三相串聯MMC拓撲結構及控制方法的改進。

背景技術

近年來，隨著直交流配電網的發展，MMC(模塊化多電平換流器)成為中壓交、直流配電網互聯與能量交換的關鍵裝置。

中國專利CN112615388A(一種含分布式儲能單元的中高壓供電質量統一調節器)公開了一種MMC拓撲結構，通過六個橋臂、兩兩上下級聯，形成三個相單元，三個相單元并聯連接，上端口連接直流輸入端正極、下端口連接直流輸入端負極。用于輸入電壓為V_dc的轉換時，每個橋臂都需要N個子模塊，六個橋臂共需6N個子模塊。MMC需要龐大數量的子模塊，具有占地面積大、功率密度低和成本高昂的缺點。

實際應用中，為降低MMC的子模塊用量，有兩種選擇：一種是沿用現有連接結構，提高單個子模塊的電容電壓；另一種是改進MMC的連接結構，使得同等水平的功率轉換下所需子模塊的數量減少，即提高MMC的功率密度。

而前種方法，單純通過增大子模塊的電容電壓方式來減少MMC所需子模塊的數量、實現裝置體積減小，將導致子模塊電容容量增加、子模塊開關承壓增大，最終導致MMC損耗增加，降低整體裝置的效率，可行性差。因此，如何采用后種方法，通過改進MMC拓撲結構、調整控制方式，減小MMC所需子模塊數量，最終實現MMC的功率密度提升、降低裝置體積和成本，成為亟待解決的技術難題。

為解決前述技術問題，此前，我們提交了申請號為2021111071015(一種串聯式MMC拓撲結構及控制方法)的發明專利申請文件(以下稱前案)，前案相比傳統MMC結構能夠降低1/3的子模塊用量。在繼續研究中，我們發現，因前案的1-4橋臂組和2-3橋臂組交替接入電路，實質上電路利用的有效的子模塊數量只有MMC拓撲總子模塊數量的一半，始終存在一半數量的子模塊閑置。本著如何進一步提高子模塊的利用率，提高MMC的功率密度的目的，本案提出了以下技術方案。

發明內容

本發明針對以上問題，提供了一種運行效率更高，實現輕量化的、高功率密度的三相串聯混合式MMC拓撲結構及控制方法。

本發明的技術方案為：

一種三相串聯混合式MMC拓撲結構，包括直流側電路和交流側電路，

所述直流側電路包括A、B、C三相串聯連接的橋臂電路，三相的所述橋臂電路具有相同結構；所述直流側電路的兩端，分別連接直流側的正負端口；任一相的所述橋臂電路的兩端均并聯有電容，且三相的所述電容串聯連接；

所述交流側電路包括分別連接三相的所述橋臂電路的三個全橋子模塊閥串、三個電感和三個變壓器；

所述橋臂電路包括上子模塊閥串、下子模塊閥串，分別記為arm1、arm2；所述arm1和arm2之間還串聯連接有開關電路；所述開關電路包括四個串接的橋臂開關組，記為S1、S2、S3和S4；所述S1、S2之間設上抽頭，所述S3、S4之間設下抽頭，所述S1、S3之間設左抽頭，所述S2、S4之間設右抽頭；所述上抽頭連接所述arm1的下端，所述下抽頭連接所述arm2的上端；所述全橋子模塊閥串的一端連接所述左抽頭，另一端串接所述電感后連接所述變壓器的原邊上端；所述右抽頭連接所述變壓器的原邊下端；

三個所述變壓器的副邊上端分別形成交流側A、B、C三相的輸出口，三個所述變壓器的副邊下端相互連接形成交流側的中性點。