基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲制造技術

本發明專利技術提供基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲。全橋MMC自均壓拓撲，由全橋MMC模型和自均壓輔助回路聯合構建。全橋MMC模型與自均壓輔助回路通過輔助回路中的6N個IGBT模塊發生電氣聯系，IGBT模塊觸發，兩者構成基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲；IGBT模塊閉鎖，拓撲等效為全橋MMC拓撲。該全橋MMC自均壓拓撲，可以箝位直流側故障，同時不依賴于專門的均壓控制，能夠在完成交直流能量轉換的基礎上，自發地實現子模塊電容電壓的均衡，同時能相應降低子模塊觸發頻率和電容容值，實現全橋MMC的基頻調制。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及柔性輸電領域，具體涉及一種基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲。
技術介紹
模塊化多電平換流器MMC是未來直流輸電技術的發展方向，MMC采用子模塊(Sub-module，SM)級聯的方式構造換流閥，避免了大量器件的直接串聯，降低了對器件一致性的要求，同時便于擴容及冗余配置。隨著電平數的升高，輸出波形接近正弦，能有效避開低電平VSC-HVDC的缺陷。全橋MMC由全橋子模塊組合而成，全橋子模塊由四個IGBT模塊，1個子模塊電容及1個機械開關構成，運行靈活，具有直流故障箝位能力。與兩電平、三電平VSC不同，全橋MMC的直流側電壓并非由一個大電容支撐，而是由一系列相互獨立的懸浮子模塊電容串聯支撐。為了保證交流側電壓輸出的波形質量和保證模塊中各功率半導體器件承受相同的應力，也為了更好的支撐直流電壓，減小相間環流，必須保證子模塊電容電壓在橋臂功率的周期性流動中處在動態穩定的狀態?；陔娙蓦妷号判虻呐判蚓鶋核惴ㄊ悄壳敖鉀Q全橋MMC中子模塊電容電壓均衡問題的主流思路。但是，排序功能的實現必須依賴電容電壓的毫秒級采樣，需要大量的傳感器以及光纖通道加以配合；其次，當子模塊數目增加時，電容電壓排序的運算量迅速增大，為控制器的硬件設計帶來巨大挑戰；此外，排序均壓算法的實現對子模塊的開斷頻率有很高的要求，開斷頻率與均壓效果緊密相關，在實踐過程中，可能因為均壓效果的限制，不得不提高子模塊的觸發頻率，進而帶來換流器損耗的增加。文獻“ADC-LinkVoltageSelf-BalanceMethodforaDiode-ClampedModularMultilevelConverterWithMinimumNumberofVoltageSensors”，提出了一種依靠鉗位二極管和變壓器來實現MMC子模塊電容電壓均衡的思路。但該方案在設計上一定程度破壞了子模塊的模塊化特性，子模塊電容能量交換通道也局限在相內，沒能充分利用MMC的既有結構，三個變壓器的引入在使控制策略復雜化的同時也會帶來較大的改造成本。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的在于提出一種經濟的，模塊化的，不依賴均壓算法，同時能相應降低子模塊觸發頻率和電容容值且具有直流故障箝位能力的全橋MMC自均壓拓撲。本專利技術具體的構成方式如下?；诘仁郊s束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，包括由A、B、C三相構成的全橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由N個全橋子模塊及1個橋臂電抗器串聯而成；包括由6N個IGBT模塊，6N+7個箝位二極管，4個輔助電容，4個輔助IGBT模塊組成的自均壓輔助回路。上述基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，全橋MMC模型中，A相上橋臂的第1個子模塊，其一個IGBT模塊中點向上與直流母線正極相連接，另一個IGBT模塊中點向下與A相上橋臂的第2個子模塊一個IGBT模塊中點相連接；A相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2～N-1，其一個IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第i-1個子模塊一個IGBT模塊中點相連，另一個IGBT模塊中點向下與A相上橋臂的第i+1個子模塊一個IGBT模塊中點相連；A相上橋臂的第N個子模塊，其一個IGBT模塊中點向下經兩個橋臂電抗器與A相下橋臂的第1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第N-1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接；A相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2～N-1，其一個IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第i-1個子模塊一個IGBT模塊中點相連，另一個IGBT模塊中點向下與A相下橋臂的第i+1個子模塊一個IGBT模塊中點相連；A相下橋臂的第N個子模塊，其一個IGBT模塊中點向下與直流母線負極相連接，另一個IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第N-1個子模塊兩個IGBT模塊中點相連接。B相和C相上下橋臂子模塊的連接方式與A相一致。上述基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，自均壓輔助回路中，第一個輔助電容正極連接輔助IGBT模塊，負極連接箝位二極管并入直流母線正極；第二個輔助電容負極連接輔助IGBT模塊，正極連接箝位二極管并入直流母線負極；第三個個輔助電容正極連接輔助IGBT模塊，負極連接箝位二極管并入直流母線正極；第四個輔助電容負極連接輔助IGBT模塊，正極連接箝位二極管并入直流母線負極。箝位二極管，通過IGBT模塊連接A相上橋臂中第1個子模塊電容與輔助電容正極；通過IGBT模塊連接A相上橋臂中第i個子模塊電容與第i+1個子模塊電容正極，其中i的取值為1～N-1；通過IGBT模塊連接A相上橋臂中第N個子模塊電容與A相下橋臂第1個子模塊電容正極；通過IGBT模塊連接A相下橋臂中第i個子模塊電容與A相下橋臂第i+1個子模塊電容正極，其中i的取值為2～N-1；通過IGBT模塊連接A相下橋臂中第N個子模塊電容與第二個輔助電容正極。箝位二極管，通過IGBT模塊連接B相上橋臂中第1個子模塊電容與第一個輔助電容負極；通過IGBT模塊連接B相上橋臂中第i個子模塊電容與第i+1個子模塊電容負極，其中i的取值為1～N-1；通過IGBT模塊連接B相上橋臂中第N個子模塊電容與B相下橋臂第1個子模塊電容負極；通過IGBT模塊連接B相下橋臂中第i個子模塊電容與B相下橋臂第i+1個子模塊電容負極，其中i的取值為2～N-1；通過IGBT模塊連接B相下橋臂中第N個子模塊電容與第二個輔助電容負極。C相上下橋臂中子模塊間箝位二極管的連接方式與A相一致時，第三個輔助電容正極經IGBT模塊、箝位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊電容正極，第三個輔助電容負極經IGBT模塊、箝位二極管連接B相上橋臂第一個子模塊電容負極，第四個輔助電容正極經IGBT模塊、箝位二極管連接C相下橋臂第N個子模塊電容正極，第四個輔助電容負極經IGBT模塊、箝位二極管連接B相下橋臂第N個子模塊電容負極；C相上下橋臂中子模塊間箝位二極管的連接方式與B相一致時，第三個輔助電容負極經IGBT模塊、箝位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊電容負極，第三個輔助電容正極經IGBT模塊、箝位二極管連接A相上橋臂第一個子模塊電容正極，第四個輔助電容負極經IGBT模塊、箝位二極管連接C相下橋臂第N個子模塊電容負極，第四個輔助電容正極經IGBT模塊、箝位二極管連接A相下橋臂第N個子模塊電容正極。附圖說明圖1是全橋子模塊的結構示意圖；圖2是基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲。具體實施方式為進一步闡述本專利技術的性能與工作原理，以下結合附圖對對專利技術的構成方式與工作原理進行具體說明。但基于該原理的全橋MMC自均壓拓撲不限于圖2。參考圖2，基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，包括由A、B、C三相構成的全橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由N個全橋子模塊及1個橋臂電抗器串聯而成，包括由6N個IGBT模塊，6N+7個箝位二極管，4個輔助電容，4個輔助IGBT模塊組成的自均壓輔助回路。全橋MMC模型中，A相上橋臂的第1個子模塊，其一個IGBT模本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，其特征在于：包括由A、B、C三相構成的全橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由N個全橋子模塊及1個橋臂電抗器串聯而成；包括由6N個IGBT模塊，6N+7個箝位二極管，4個輔助電容C1、C2、C3、C4，4個輔助IGBT模塊T1、T2、T3、T4構成的自均壓輔助回路。

【技術特征摘要】
1.基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，其特征在于：包括由A、B、C三相構成的全橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由N個全橋子模塊及1個橋臂電抗器串聯而成；包括由6N個IGBT模塊，6N+7個箝位二極管，4個輔助電容C1、C2、C3、C4，4個輔助IGBT模塊T1、T2、T3、T4構成的自均壓輔助回路。
2.根據權利1所述的基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，其特征在于：全橋MMC模型中，A相上橋臂的第1個子模塊，其一個IGBT模塊中點向上與直流母線正極相連接，另一個IGBT模塊中點向下與A相上橋臂的第2個子模塊一個IGBT模塊中點相連接；A相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-1，其一個IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第i-1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向下與A相上橋臂的第i+1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接；A相上橋臂的第N個子模塊，其一個IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第N-1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向下經兩個橋臂電抗器L0與A相下橋臂的第1個全橋子模塊一個IGBT模塊中點相連接；A相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-1，其一個IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第i-1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向下與A相下橋臂的第i+1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接；A相下橋臂的第N個子模塊，其一個IGBT模塊中點向下與直流母線負極相連接，另一個IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第N-1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接；B相和C相上下橋臂子模塊的連接方式與A相一致；在A、B、C相上下橋臂的第i個子模塊的上下輸出線之間分別并聯有機械開關Kau_i，Kal_i，Kbu_i，Kbl_i，Kcu_i，Kcl_i，其中i的取值為1~N；上述連接關系構成的A、B、C三相地位一致，三相輪換對稱之后的其他拓撲在權利范圍內。
3.根據權利1所述的基于等式約束的輔助電容分布式全橋MMC自均壓拓撲，其特征在于：自均壓輔助回路中，輔助電容C1正極連接輔助IGBT模塊T1，負極連接箝位二極管并入直流母線正極；輔助電容C2負極連接輔助IGBT模塊T2，正極連接箝位二極管并入直流母線負極；輔助電容C3正極連接輔助IGBT模塊T3，負極連接箝位二極管并入直流母線正極，輔助電容C4負極連接輔助IGBT模塊T4，正極連接箝位二極管并入直流母線負極；箝位二極管，通過IGBT模塊Tau_1連接A相上橋臂中第1個子模塊電容C-au-_1與輔助電容C1正極；通過IGBT模塊Tau_i、Tau_i+1連接A相上橋臂中第i個子模塊電容C-au-_i與第i+1個子模塊電容C-au-_i+1正極，其中i的取值為1～N-1；通過IGBT模塊Tau_N、Tal_1連接A相上橋臂中第N個子模塊電容C-au-_N與A相下橋臂第1個子模塊電容C-al-_1正極；通過IGBT模塊Tal_i、Tal_i+1連接A相下橋臂中第i個子模塊電容C-al-_i與A相下橋臂第i+1個子模塊電容C-al-_i+1正極，其中i的取值為1～N-1；通過IGBT模塊Tal_N連接A相下橋臂中第N個子模塊電容C-al_N與輔助電容C2正極；箝位二極管，通過IGBT模塊Tbu_1連接B相上橋臂中第1個子模塊電容C-bu-_1與輔助電容C1負極；通過IGBT模塊Tbu_i、Tbu_i+1連接B相上橋臂中第i個子模塊電容C-bu-_i與第i+1個子模塊電容C-bu-_i+1負極，其中i的取值為1～N-1；通過IGBT模塊Tbu_N、Tbl_1連接B相上橋臂中第N個子模塊電容C-bu_N與B相下橋臂第1個子模塊電容C-bl-_1負極；通過IGBT模塊Tbl_i、Tbl_i+1連接B相下橋臂中第i個子模塊電容C-bl-_i與B相下橋臂第i+1個子模塊電容C-bl-_i+1負極，其中i的取值為1～N-1；通過IGBT模塊Tbl_N連接B相下橋臂中第N個子模塊電容C-bl-_N與輔助電容C2負極；C相上下橋臂中子模塊間鉗位二極管的連接方式與A相一致時，輔助電容C3正極經IGBT模塊Tcu_1、鉗位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊電容Ccu_1正極，輔助電容C3負極經IGBT模塊Tbu_1、鉗位二極管連接B相上橋臂第一個子模塊電容Cbu_1負極，輔助電容C4正極經IGBT模塊Tcl_N、鉗位二極管連接C相下橋臂第N個子模塊電容Ccl_N正極，輔助電容C4負極經IGBT模塊Tbl_N、鉗位二極管連接B相下橋臂第N個子模塊電容Cbl_N負極；C相上下橋臂中子模塊間鉗位二極管的連接方式與B相一致時，輔助電容C3負極經IGBT模塊Tcu_1、鉗位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊電容Ccu_1負極，輔助電容C3正極經IGBT模塊Tau_1、鉗位二極管連接A相上橋臂第一個子模塊電容Cau_1正極，輔助電容C4負極經IGBT模塊Tcl_N、鉗位二極管連接C相下橋...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙成勇，許建中，劉航，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：北京;11