專利名稱:基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)mmc自均壓拓撲的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲。半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲中，半橋/全橋混聯(lián)MMC模型與自均壓輔助回路通過輔助回路中的輔助開關(guān)發(fā)生電氣聯(lián)系，輔助開關(guān)閉合，兩者構(gòu)成基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲，輔助開關(guān)打開，拓撲等效為半橋/全橋混聯(lián)MMC拓撲。在不強調(diào)兩種拓撲差異的情況下，輔助開關(guān)中的6K個機械開關(guān)可以省略。該半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲，具有直流故障箝位能力，不依賴于專門的均壓控制，能夠在完成直交流能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，自發(fā)地實現(xiàn)子模塊電容電壓的均衡，同時可以相應(yīng)降低子模塊觸發(fā)頻率和電容容值，實現(xiàn)MMC的基頻調(diào)制。
【專利說明】
基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓 拓撲
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及柔性輸電領(lǐng)域，具體涉及一種基于不等式約束的無輔助電容式半 橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲。
【背景技術(shù)】
[0002] 模塊化多電平換流器MMC是未來直流輸電技術(shù)的發(fā)展方向，MMC采用子模塊級聯(lián)的 方式構(gòu)造換流閥，避免了大量器件的直接串聯(lián)，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(shù)的升高，輸出波形接近正弦，能有效避開低電平VSC-HVDC的缺陷。
[0003] 半橋/全橋混聯(lián)MMC由半橋和全橋子模塊組合而成，半橋子模塊結(jié)構(gòu)簡單，成本低， 運行損耗小，全橋子模塊具有直流故障箝位能力。
[0004] 與兩電平、三電平VSC不同，麗C的直流側(cè)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(lián)支撐。為了保證交流側(cè)電壓輸出的波形質(zhì)量和保證模塊 中各功率半導體器件承受相同的應(yīng)力，也為了更好的支撐直流電壓，減小相間環(huán)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(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0005] 基于電容電壓排序的排序均壓算法是目前解決MMC中子模塊電容電壓均衡問題的 主流思路。首先，排序功能的實現(xiàn)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(shù)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(shè)計帶來巨大挑戰(zhàn);此外，排序均壓算法的實現(xiàn)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(guān)，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(fā)頻率，進而帶來換流器損耗的增加。
[0006] 文獻"A DC-Link Voltage Self-Balance Method for a Diode-Clamped Modular Multilevel Converter With Minimum Number of Voltage Sensors"，提出了一 種依靠鉗位二極管和變壓器來實現(xiàn)MMC子模塊電容電壓均衡的思路。但該方案在設(shè)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(nèi)，沒能充分利 用MMC的既有結(jié)構(gòu)，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。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 針對上述問題，本實用新型的目的在于提出一種經(jīng)濟的，不依賴均壓算法，同時能 相應(yīng)降低子模塊觸發(fā)頻率和電容容值且具有直流故障箝位能力的半橋/全橋混聯(lián)MMC自均 壓拓撲。
[0008] 本實用新型具體的構(gòu)成方式如下。
[0009] 基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲，包括由A、B、C三 相構(gòu)成的半橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由J個半橋子模塊、# -ΛΓ個全橋子模塊及1 個橋臂電抗器串聯(lián)而成;包括由6#個輔助開關(guān)(6J個機械開關(guān)，6# -6J個IGBT模塊），6# +1個鉗位二極管組成的自均壓輔助回路。
[0010]上述基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲，A相上橋臂 的第1個子模塊，其子模塊電容負極向下與A相上橋臂的第2個子模塊IGBT模塊中點相連接， 其子模塊IGBT模塊中點向上與直流母線正極相連接；A相上橋臂的第i個子模塊，其中i 的取值為2~J -1，其子模塊電容負極向下與A相上橋臂的第i +1個子模塊IGBT模塊中點相 連接，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第i -1個子模塊電容負極相連接;A相上 橋臂的第I個半橋子模塊，其子模塊電容負極向下與A相上橋臂的第I +1個子模塊一個 IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第J -1個子模塊電容負 極相連接;A相上橋臂的第J個子模塊，其中J的取值為J +2~# -1，其子模塊一個IGBT模 塊中點向下與A相上橋臂第J +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點 向上與第A相上橋臂第J -1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;A相上橋臂第#個子模塊， 其子模塊一個IGBT模塊中點向下經(jīng)兩個橋臂電抗器Z 〇與A相下橋臂的第1個子模塊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# -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~J-1，其子模塊電容負極向下與 A相下橋臂第i +1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其IGBT模塊中點向上與A相下橋臂第i -1 個子模塊電容負極相連接;A相下橋臂的第個子模塊，其子模塊電容負極向下與第A相下 橋臂第+1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相下橋臂 第J -1個子模塊電容負極相連接;A相下橋臂第J個子模塊，其中J的取值為J +2~# -1， 其子模塊一個IGBT模塊中點向下與A相下橋臂第J +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相下橋臂第J -1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;A相下橋 臂第#個子模塊一個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jV -1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接。B相上橋臂的第1個子模塊，其子 模塊電容正極向上與直流母線正極相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂的第2 個子模塊電容正極相連接;B相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~1-1，其子模塊 電容正極向上與B相上橋臂的第i -1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中 點向下與B相上橋臂的第i +1個子模塊電容正極相連接;B相上橋臂的第個子模塊，其子 模塊電容正極向上與B相上橋臂的第J -1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模 塊中點向下與B相上橋臂第J +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;B相上橋臂的第J個子 模塊，其中J的取值為+2~# -1，其子模塊一個IGBT模塊中點向上與B相上橋臂第J -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B相上橋臂第J +1個子模塊 一個IGBT模塊中點相連接;B相上橋臂第#個子模塊，其子模塊一個IGBT模塊中點向上與B 相上橋臂第jV -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(jīng)兩個橋臂 電抗器Z 〇與B相下橋臂的第1個子模塊電容正極相連接;B相下橋臂的第i個子模塊，其中i 的取值為2~J -1，其子模塊電容正極向上與B相下橋臂的第i -1個子模塊IGBT模塊中點相 連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相下橋臂的第i +1個子模塊電容正極相連接;B相下 橋臂的第I個子模塊，其子模塊電容正極向上與B相下橋臂第I -1個子模塊IGBT模塊中點 相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相下橋臂第J +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連 接;B相下橋臂第個子模塊，其中的取值為J+2~#-1，其子模塊一個IGBT模塊中點向 上與B相下橋臂第J -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B相 下橋臂第J +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;B相下橋臂第jV個子模塊，其子模塊一個 IGBT模塊中點向上與B相下橋臂第# -1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模 塊中點向下與直流母線負極相連接。C相上下橋臂子模塊的連接方式與A相或B相一致。
[0011] 上述基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲，其自均壓輔 助回路中，鉗位二極管，通過輔助開關(guān)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~# -1;通過輔助開關(guān)連接A相上橋臂中第#個子模塊電容 與A相下橋臂第1個子模塊電容正極;通過輔助開關(guān)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1~#-1。鉗位二極管，通過輔助開關(guān) 連接B相上橋臂中第i個子模塊電容與第i +1個子模塊電容的負極，其中i的取值為1~# -1;通過輔助開關(guān)連接B相上橋臂中第#個子模塊電容與B相下橋臂第1個子模塊電容的負 極;通過輔助開關(guān)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個子模塊電容的 負極，其中i的取值為1~# -1。同時鉗位二極管，通過輔助開關(guān)連接A相上橋臂第一個子模 塊電容與B相上橋臂第一個子模塊電容負極;通過輔助開關(guān)連接A相下橋臂第jV個子模塊電 容與B相下橋臂第#個子模塊電容正極。C相鉗位二極管的連接關(guān)系與其子模塊的連接關(guān)系 相對應(yīng)。
【附圖說明】

[0012] 下面結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。
[0013] 圖1是半橋子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是全橋子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3是基于等式約束的輔助電容集中式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲。
【具體實施方式】
[0016] 為進一步闡述本實用新型的性能與工作原理，以下結(jié)合附圖對實用新型的構(gòu)成方 式與工作原理進行具體說明。但基于該原理的半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲不限于圖3。
[0017] 參考圖3,基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲，包括由 A、B、C三相構(gòu)成的半橋/全橋混聯(lián)MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由J個半橋子模塊、# -尤個全橋子模塊及1個橋臂電抗器串聯(lián)而成;包括6jV個輔助開關(guān)(6J個機械開關(guān)，6jV-6J 個IGBT模塊）以及6#+1個箝位二極管構(gòu)成的自均壓輔助回路。
[0018] 半橋/全橋混聯(lián)MMC模型中，A相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊電容C-m-j負極向 下與A相上橋臂的第2個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向上與直流母 線正極相連接；A相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~J-1，其子模塊電容C- au-j 負極向下與A相上橋臂的第i +1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向 上與A相上橋臂的第i -1個子模塊電容C-au-_H負極相連接;A相上橋臂的第個半橋子模 塊，其子模塊電容C-au-_A^l極向下與A相上橋臂的第J +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連 接，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第-1個子模塊電容C-au-_H負極相連接;A 相上橋臂的第J個子模塊，其中J的取值為+2~# -1，其子模塊一個IGBT模塊中點向下 與A相上橋臂第J +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向上與第A相 上橋臂第J -1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;A相上橋臂第#個子模塊，其子模塊一個 IGBT模塊中點向下經(jīng)兩個橋臂電抗器Ζ ο與A相下橋臂的第1個子模塊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# -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~J-1，其子模塊電容C-ai-_i負極向下與A相下橋臂 第i +1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其IGBT模塊中點向上與A相下橋臂第i -1個子模塊 電容C_ai-_i-i負極相連接;A相下橋臂的第J個子模塊，其子模塊電容極向下與第A相 下橋臂第尤+1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相下橋臂 第尤-1個子模塊電容負極相連接;A相下橋臂第個子模塊，其中的取值為尤+2~ jV -1，其子模塊一個IGBT模塊中點向下與A相下橋臂第J +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相下橋臂第J -1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;A 相下橋臂第#個子模塊一個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jV -1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接。B相上橋臂的第1個子模 塊，其子模塊電容C-bu-j正極向上與直流母線正極相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B 相上橋臂的第2個子模塊電容Cbu-_2正極相連接;B相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值 為2~J -1，其子模塊電容C-bu-_,正極向上與B相上橋臂的第i -1個子模塊IGBT模塊中點相 連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂的第i +1個子模塊電容C_bu-_i+i正極相連 接;B相上橋臂的第J個子模塊，其子模塊電容C-bu-_AiH極向上與B相上橋臂的第J -1個子模 塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂第J +1個子模塊一個 IGBT模塊中點相連接;B相上橋臂的第J個子模塊，其中J的取值為J +2~# -1，其子模塊 一個IGBT模塊中點向上與B相上橋臂第J -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B相上橋臂第J +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;B相上橋臂第# 個子模塊，其一個IGBT模塊中點向上與B相上橋臂第# -1個子模塊一個IGBT模塊中點相連 接，另一個IGBT模塊中點向下經(jīng)兩個橋臂電抗器Z 〇與B相下橋臂的第1個子模塊電容Cbi-j 正極相連接;B相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~J-1，其子模塊電容正極 向上與B相下橋臂的第i -1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B 相下橋臂的第i +1個子模塊電容C~bi-_i+i正極相連接;B相下橋臂的第J個子模塊，其子模 塊電容Cbij正極向上與B相下橋臂第J -1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模 塊中點向下與B相下橋臂第J +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;B相下橋臂第J個子模 塊，其中J的取值為+2~# -1，其一個IGBT模塊中點向上與B相下橋臂第J -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B相下橋臂第J +1個子模塊IGBT-個 IGBT模塊中點相連接;B相下橋臂第#個子模塊，其子模塊一個IGBT模塊中點向上與B相下 橋臂第# -1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向下與直流母線負極 相連接。C相上下橋臂子模塊的連接方式與A相一致。
[0019]自均壓輔助回路中，鉗位二極管，通過輔助開關(guān) 臂中第i個子模塊電容與第i +1個子模塊電容(^au-_i+i的正極，其中i的取值為1~J -1;通過輔助開關(guān)J^au_i2、rau_i+l連接A相上橋臂中第J個子模塊電容Cau-_A·與第J+1個子 模塊電容[- ￡11^+1正極；通過輔助開關(guān)71￡111」/7/11_>1連接八相上橋臂中第7'個子模塊電容 與第J +1個子模塊電容fau__J+1的正極，其中J的取值為J +1~# -1;通過輔助開關(guān) ra u _Λ?、Ja 1_12連接A相上橋臂中第#個子模塊電容C-auJ與A相下橋臂第1個子模塊電容 正極;通過輔助開關(guān)Ja 1 _i 2、Ja l_(i+l)2連接A相下橋臂中第i個子模塊電容與第 i +1個子模塊電容(^al-_i+1的正極，其中i的取值為1~J -1;通過輔助開關(guān)Jalj2、ral_i+1 連接A相下橋臂中第J個子模塊電容C_al-_A與第J +1個子模塊電容C-al-_i+l正極;通過輔助 開關(guān)rai _7·、Γ31_7·+1連接A相下橋臂中第J個子模塊電容C- aij·與第J +1個子模塊電容 Cal-_J+1的正極，其中的取值為J +1~# -1。鉗位二極管，通過輔助開關(guān)Xb U」2、Jb U_G+1)2 連接B相上橋臂中第i個子模塊電容C-bu-j與第i +1個子模塊電容C-bu-j+1負極，其中i的 取值為1~尤-1 ;通過輔助開關(guān)Ibu+ffi、fbu+i+l連接B相上橋臂中第J個子模塊電容C_bu-_A與 第J +1個子模塊電容C-bu-_i+i負極;通過輔助開關(guān)Γ?)?ι」·、Γ0ι連接B相上橋臂中第個子 模塊電容C-bu-^·與第+1個子模塊電容C- bu-_J+1負極，其中的取值為J +1~# -1;通過輔 助開關(guān)連接B相上橋臂中第jV個子模塊電容6Ηιι-_λ4Β相下橋臂中第1個子模塊 電容C-bi_i負極;通過輔助開關(guān)Jbi_i2、j^bi_(i+O2連接Β相下橋臂中第i個子模塊電容C-bi-_i 與第i +1個子模塊電容C-bi-_i+i負極，其中i的取值為1~j-l;通過輔助開關(guān)Jbi_i2、 rbi_i+i連接B相下橋臂中第J個子模塊電容C_bi_i與第J +1個子模塊電容Cm+i負極;通過 輔助開關(guān)7^1」、711)1_>1連接13相下橋臂中第^/個子模塊電容(^-1 )1-_7與第^/+1個子模塊電容 C-bi_J+1負極，其中j·的取值為J +1~# -1。同時鉗位二極管，通過輔助開關(guān)Jbu_12連接A相上 橋臂第一個子模塊電容C- au-_i與B相上橋臂第一個子模塊電容C_bu-_i負極;通過輔助開關(guān) 7/ι_λ連接A相下橋臂第#個子模塊電容C- ai_#B相下橋臂第#個子模塊電容6Ηι-_λ正極。C 相鉗位二極管的連接關(guān)系與Α相一致。
[0020] ，自均壓輔助回路中 67V 個輔助開關(guān) J^Tau_i 2、J^Tal_i2、J^Tbu_i2、J^Tbl_i2、J^Tcu_i2、 尤。1」2、7311」、7 31」、幾11」、幾1」、心11」、7。1」常閉，其中'的取值為1~尤，7'的取值 為J+l~#，A相上橋臂第i個子模塊電容C- au-j旁路時，其中i的取值為2~#，子模塊電 容C_au-_i與子模塊電容C_au-_i-i通過鉗位二極管并聯(lián);A相下橋臂第一個子模塊電容C_ ai_i旁 路時，子模塊電容C-ai-j通過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器Z 〇與子模塊電容C-u并聯(lián);A相 下橋臂第i個子模塊電容C-ai_i旁路時，其中i的取值為2~jV，子模塊電容C- ai-_i與子模塊 電容C-m通過鉗位二極管并聯(lián)。
[0021] 正常情況下，自均壓輔助回路中6#個輔助開關(guān)2、Xai」 2、Xbu」2、 J^Tb 1-i 2、J^Tcu -i2、尤。1 -i2、fau j、fal j、fbu j、幾1 j、feu j、fcl-j常閉，其中 i 的取值為 1 ~尤 ，7前取值為ΛΓ+1~#，B相上橋臂第i個子模塊電容c-bu-」旁路時，其中i的取值為1~#-1，子模塊電容C- bu-^與子模塊電容^^^^通過鉗位二極管并聯(lián);B相上橋臂第#個子模塊 電容C_bu_邊路時，子模塊電容C- bu-_通過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器Z 〇與子模塊電容 C~bi-_i并聯(lián);B相下橋臂第i個子模塊電容C_bi_i旁路時，其中i的取值為1~#-1，子模塊電 容Cbi-_i與子模塊電容C_bi_i+i通過鉗位二極管并聯(lián)。
[0022]在直交流能量轉(zhuǎn)換的過程中，各個子模塊交替投入、旁路，A、B相上下橋臂間電容 電壓在鉗位二極管的作用下，滿足下列約束： ftaa：：1 ^ 〇Caa_2- - -
[0023] _ U&m.J .V'-V ^????_Α'
[0024] 依靠跨在A、B相間的兩個鉗位二極管，基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋 混聯(lián)MMC自均壓拓撲中，子模塊電容C-au-_i與子模塊電容C_bu-_i的電壓之間，子模塊電容 Cal-j與子模塊電容C_bl_A^電壓之間存在下列不等式約束；
[0025] Ub〇i^
[0026] 由此可知，半橋/全橋混聯(lián)MMC在完成直交流能量轉(zhuǎn)換的動態(tài)過程中，滿足下面的 約束條件：
[0027] J · -.2?J, ? ? ^
[0028] C、B相間的約束條件與A、B相間的約束條件一致。
[0029] 由上述具體說明可知，該半橋/全橋混聯(lián)MMC拓撲具備子模塊電容電壓自均衡能力。 [0030]最后應(yīng)當說明的是:所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實 施例。基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得 的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
【主權(quán)項】
1. 基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲，其特征在于:包括 由A、B、C三相構(gòu)成的半橋/全橋混聯(lián)MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由J個半橋子模塊、# 個全橋子模塊及1個橋臂電抗器串聯(lián)而成;包括由6J個機械開關(guān)，6jV_6J個IGBT模塊組 成的輔助開關(guān)，以及6#+1個箝位二極管構(gòu)成的自均壓輔助回路。2. 根據(jù)權(quán)利1所述的基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲， 其特征在于:A相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊電容C-u負極向下與A相上橋臂的第2個 子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向上與直流母線正極相連接；A相上 橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~J-1，其子模塊電容C- au-_i負極向下與A相上橋 臂的第i +1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第 1個子模塊電容負極相連接;A相上橋臂的第J個半橋子模塊，其子模塊電容 負極向下與A相上橋臂的第J +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中 點向上與A相上橋臂的第J -1個子模塊電容C-au-_A^負極相連接;A相上橋臂的第J個子模 塊，其中J的取值為+2~# -1，其子模塊一個IGBT模塊中點向下與A相上橋臂第J +1個子 模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向上與第A相上橋臂第J -1個子模塊 一個IGBT模塊中點相連接;A相上橋臂第jV個子模塊，其子模塊一個IGBT模塊中點向下經(jīng)兩 個橋臂電抗器Z 〇與A相下橋臂的第1個子模塊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jV -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~J-1，其子模塊電容C-ai-_i負極向下與A相下橋臂第i +1個子模塊IGBT模 塊中點相連接，其IGBT模塊中點向上與A相下橋臂第i-Ι個子模塊電容負極相連接； A相下橋臂的第J個子模塊，其子模塊電容二1_說極向下與第A相下橋臂第J +1個子模塊一 個IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相下橋臂第J -1個子模塊電容 負極相連接;A相下橋臂第J個子模塊，其中J的取值為J+2~#-1，其子模塊一個 IGBT模塊中點向下與A相下橋臂第J +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相下橋臂第J -1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;A相下橋臂第jV個子模 塊一個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#-1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;B相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊電容 C-bu-j正極向上與直流母線正極相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂的第2個 子模塊電容Cbu-_2正極相連接;B相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~J-1，其子 模塊電容C- bu-_,正極向上與B相上橋臂的第i -1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊 IGBT模塊中點向下與B相上橋臂的第i +1個子模塊電容C-bu-_i+i正極相連接;B相上橋臂的 第個子模塊，其子模塊電容C-bu-_AlH極向上與B相上橋臂的第J -1個子模塊IGBT模塊中點 相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂第J +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連 接;B相上橋臂的第J個子模塊，其中J的取值為J +2~# -1，其子模塊一個IGBT模塊中點 向上與B相上橋臂第J -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B 相上橋臂第J +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;B相上橋臂第#個子模塊，其一個IGBT 模塊中點向上與B相上橋臂第#-1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中 點向下經(jīng)兩個橋臂電抗器h與B相下橋臂的第1個子模塊電容正極相連接;B相下橋臂 的第i個子模塊，其中i的取值為2~J-1，其子模塊電容Cbi_i正極向上與B相下橋臂的第 i-Ι個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相下橋臂的第i +1個子 模塊電容C-b i-_i+i正極相連接;B相下橋臂的第J個子模塊，其子模塊電容Cb 1_A正極向上與B 相下橋臂第尤-1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相下橋臂第 +1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;B相下橋臂第J個子模塊，其中J的取值為J +2~ # -1，其一個IGBT模塊中點向上與B相下橋臂第J -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B相下橋臂第J +1個子模塊IGBT-個IGBT模塊中點相連接;B相下 橋臂第#個子模塊，其子模塊一個IGBT模塊中點向上與B相下橋臂第jV -1個子模塊一個 IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向下與直流母線負極相連接;C相上下橋臂子模 塊的連接方式可以與A相一致，也可以與B相一致；由于全橋子模塊的存在，半橋子模塊上下 輸出線之間不必要配置晶閘管;故A、B、C相上下橋臂子模塊的上下輸出線之間并聯(lián)有機械 XTau_il/K al_il/K hu_il/K cu il^K cl il^K au__j/K al__j/K bu__j^K bl__j、K cu__j/K cl__/，中 J 的取值為1~，J的取值為ΛΓ+1~#;上述連接關(guān)系構(gòu)成的A、B、C三相地位一致。3. 根據(jù)權(quán)利1所述的基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲， 其特征在于：自均壓輔助回路中，鉗位二極管，通過輔助開關(guān)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<^au-_i+i的正極，其中i的取值為1~J -1;通過輔助開關(guān)J^au_ffi、raU_i+l連接A相上橋臂中第J個子模塊電容(^au-_A·與第J+1個子模 塊電容C- au_i+1正極;通過輔助開關(guān)Γ au」、Γ au」+1連接A相上橋臂中第個子模塊電容Cau-」 與第J +1個子模塊電容的正極，其中J的取值為+1~# -1;通過輔助開關(guān)rau_w、 Jal_12連接A相上橋臂中第jV個子模塊電容C-au_#A相下橋臂第1個子模塊電容正極； 通過輔助開關(guān)J^al_i2、Jal_(i+1)2連接A相下橋臂中第i個子模塊電容C al-_i與第i +1個子模 塊電容eal__i+1的正極，其中i的取值為1~j -1;通過輔助開關(guān)X al A2、r al i+1連接A相下橋 臂中第J個子模塊電容C_al-_A與第J+1個子模塊電容C_al-_i+l正極;通過輔助開關(guān)falj、 Γ〇1連接A相下橋臂中第個子模塊電容Cal」與第+1個子模塊電容的正極，其 中J的取值為+1~# -1;鉗位二極管，通過輔助開關(guān)尤bU」2Jbu_G+m連接B相上橋臂中第 i個子模塊電容C-bu-」與第i +1個子模塊電容C-bu-」+1負極，其中i的取值為1~J-1;通過 輔助開關(guān)尤b u_ffi、rbu_i+l連接B相上橋臂中第J個子模塊電容C_bu-_A與第J+1個子模塊電容 C-bu-_An負極;通過輔助開關(guān)Γ bu」、Γ bu」+1連接B相上橋臂中第j·個子模塊電容c-bu-」與第j· + 1個子模塊電容C-bu-_J+1負極，其中J的取值為J +1~# -1;通過輔助開關(guān)rbuj、Jbi_12連接 B相上橋臂中第jV個子模塊電容C-bu-j與B相下橋臂中第1個子模塊電容C_bi_i負極;通過輔 助開關(guān)j^bi_i2、Jbi_(i+i)2連接B相下橋臂中第i個子模塊電容C_bi-_i與第i +1個子模塊電容 C-bi-_i+1負極，其中i的取值為1~J -1;通過輔助開關(guān)J bi_A2、Γ bi_i+i連接B相下橋臂中第J 個子模塊電容C-bl_A與第J+1個子模塊電容C_bl-_AH負極;通過輔助開關(guān)fbl j、fbl j+Ι連接B相 下橋臂中第個子模塊電容C-bi-j與第+1個子模塊電容C-bi_>i負極，其中的取值為尤+ 1~jV -1;同時鉗位二極管，通過輔助開關(guān)尤bu_i2連接A相上橋臂第一個子模塊電容c-au-_i與B 相上橋臂第一個子模塊電容C_bu-_1負極;通過輔助開關(guān)Τ/ι_Λ連接A相下橋臂第jV個子模塊 電容C-ai_^B相下橋臂第jV個子模塊電容6Ηι-_λ正極;C相鉗位二極管的連接關(guān)系與其子模 塊的連接關(guān)系相對應(yīng);上述A、Β、C三相中6#個輔助開關(guān) au_i2、J al_i2、J bu_i2、J bl_i2、J cu_i2、 尤。1」2、7如」、^1」、~11」、以1」、7沈」、7。1」，其中'的取值為1~尤，7，的取值為尤+1~#， 6娘1個鉗位二極管，共同構(gòu)成自均壓輔助回路。4. 根據(jù)權(quán)利1所述的基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋混聯(lián)MMC自均壓拓撲， 其特征在于：正常情況時，自均壓輔助回路中6#個輔助開關(guān)u」2、i」2、Jb u」2、 Al-i2、leu -i2、lei -i2、fau j、fal j、fbu j、fbl j、feu j、fcl j，常閉，其中 i 的取值為 1 ~U的取值為ΛΓ+1~#;故障情況時，6# -6尤個輔助開關(guān)rau j、rai j、rbu j、fbi j、 fcu」、Teaj斷開，其中j·的取值為J+l~#;正常情況下，A相上橋臂第i個子模塊電容 C-u旁路時，其中i的取值為2~#，子模塊電容C-u與子模塊電容C-am通過鉗位二 極管并聯(lián);A相下橋臂第一個子模塊電容C_al_l旁路時，子模塊電容C_al-_1通過鉗位二極管、 兩個橋臂電抗器Z 〇與子模塊電容C-au-_A并聯(lián);A相下橋臂第i個子模塊電容C-ai_i旁路時，其 中i的取值為2~jV，子模塊電容C- ai-_i與子模塊電容C-ai_i-i通過鉗位二極管并聯(lián);B相上橋 臂第i個子模塊電容C_bu-_i旁路時，其中i的取值為1~#-1，子模塊電容C_bu-_i與子模塊 電容^~^-_, +1通過鉗位二極管并聯(lián);B相上橋臂第#個子模塊電容C-bu_#路時，子模塊電容 (^bu-jiE過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器Z 〇與子模塊電容C~bi-_i并聯(lián);B相下橋臂第i個子 模塊電容C_bi_i旁路時，其中i的取值為1~# -1，子模塊電容Cbi-_i與子模塊電容C_bi_i+i通 過鉗位二極管并聯(lián);同時A相上橋臂第1個子模塊電容C_au-_i投入時，子模塊電容C_ au-_i與子 模塊電容C_bu-_i通過鉗位二極管并聯(lián);B相下橋臂第jV個子模塊電容6Ηι_λ投入時，子模塊電 容C- al-^與子模塊電容Cbl_A通過鉗位二極管并聯(lián);在直交流能量轉(zhuǎn)換的過程中，各個子模 塊交替投入、旁路，A相上下橋臂子模塊電容電壓在鉗位二極管的作用下，滿足下列約束， i/c-au+l^： i/c-au_2…多"C-au+A^ "C-al_2…多"<^1_~;13相上下橋臂子模塊電容電壓在 鉗位二極管的作用下，滿足下列約束，"C-bu_l^ii/c-bu_2… i/c-bij;依靠跨在A、B相間的兩個鉗位二極管，基于不等式約束的無輔助電容式半橋/全橋 混聯(lián)MMC自均壓拓撲中，子模塊電容C-au-_i與子模塊電容C_bu-_i的電壓之間，子模塊電容 C-al-J與子模塊電容C_bl_Ai^]電壓之間存在下列不等式約束，i/c-au+l^ii/c-bu+hi/c-al+A^ i/ c-bi基于該不等式約束，A、B相上下橋臂中4#個子模塊電容，Ca u」、C a 1 ^、Cb u _i、 Cbl_,，其中i取值為1~#，的電壓處于自平衡狀態(tài)，拓撲A、B相間具備子模塊電容電壓自均 衡能力;若拓撲中C相的構(gòu)成形式與A相一致，則C、B相間電容電壓的約束條件與A、B之間電 容電壓約束條件一致;若拓撲中C相的構(gòu)成形式與B相一致，則A、C相間電容電壓的約束條件 與A、B之間電容電壓約束條件一致，拓撲具備子模塊電容電壓自均衡能力。
【文檔編號】H02M7/49GK205725505SQ201620068880
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年1月25日
【發(fā)明人】趙成勇, 劉航, 許建中
【申請人】華北電力大學