給出系統(tǒng)子模塊的數(shù)目配置。然后根據(jù)開關(guān)器件約束給出不同子模塊的額定電容電 壓，并通過全橋子模塊的直流故障穿越的功能分析，設(shè)定全橋子模塊電容值為半橋子模塊 的二倍。最后給出了新型系統(tǒng)配置下對應(yīng)的系統(tǒng)啟動方法。該方法中包括自然軟啟和軟啟 均壓兩個階段，其中通過對傳統(tǒng)軟啟均壓控制方法的改進(jìn)，使其能夠滿足不同子模塊電容 電壓的均壓問題。
[0033] 1.系統(tǒng)子模塊數(shù)目配置
[0034] 為簡化說明，本專利選用全橋與半橋子模塊混聯(lián)的模塊化多電平換流器進(jìn)行新型 系統(tǒng)配置及啟動方法的說明。但該方法同樣適用于全橋與其他一種和多種子模塊混聯(lián)的換 流器拓?fù)洹?br>[0035] 綜合系統(tǒng)成本、損耗、容量以及直流故障穿越能力各方面的要求，當(dāng)系統(tǒng)不需要提 高直流電壓利用率時，建議選用全橋及半橋子模塊各使用一半的配置方式；當(dāng)系統(tǒng)需要盡 量提高直流電壓利用率以提供傳輸功率時，建議選用2/3的全橋子模塊和1/3的半橋子模 塊。
[0036] 2.子模塊參數(shù)配置
[0037] 由于模塊化多電平換流器主要應(yīng)用于高壓大功率場合，子模塊的額定電容電壓選 擇主要受到器件約束，因此，全橋子模塊和半橋子模塊的額定電容電壓宜相同，根據(jù)功率器 件的額定電壓選取合理值。
[0038] 由于全橋子模塊在直流故障穿越過程中的作用（見下文），應(yīng)適當(dāng)提高全橋子模 塊的電容值，但又應(yīng)避免不同子模塊電容值差別過大對系統(tǒng)啟動及控制帶來的影響，本專 利推薦將系統(tǒng)中的全橋子模塊的電容值設(shè)置為半橋子模塊電容值的二倍。
[0039] 當(dāng)檢測到直流雙極短路故障時，立即閉鎖換流器，此時混合子模塊級聯(lián)的MMC拓 撲等效電路如圖2所示。該故障工況下兩種子模塊均處于閉鎖且橋臂電流為負(fù)，此時半橋 子模塊可以等效為兩極管串聯(lián)，全橋子模塊可等效為電容與二極管串聯(lián)，由此可得如圖所 示的等效電路圖。當(dāng)圖示上下橋臂的子模塊電容電壓和高于交流線電壓峰值時，子模塊電 容可以提供足夠的反電動勢將直流電流降為零，從而實(shí)現(xiàn)直流故障穿越。
[0040] 在直流故障發(fā)生初期，故障電流會流經(jīng)全橋子模塊電容，對全橋子模塊電容進(jìn)行 充電。從而造成全橋子模塊電容電壓，超出子模塊額定電壓。若該電容電壓過大，會在系統(tǒng) 解鎖瞬間造成較大的沖擊電流，適當(dāng)提高全橋子模塊電容值有利于解決該問題。
[0041] 3.新型系統(tǒng)配置下的啟動策略
[0042] 由于不同子模塊選用不同的電容值，會造成充電速度不一致。常規(guī)的充電方式不 能滿足該子模塊混聯(lián)MMC拓?fù)涞恼３潆姟?br>[0043] 啟動方法分為以下步驟：
[0044] 1.自然軟啟階段
[0045] 由于MMC子模塊控制單元多通過子模塊電容取電，因此在零電壓啟動的過程中， 必然要經(jīng)歷一個自然軟起階段。此階段中IGBT不可控，電容通過反并聯(lián)二極管充電。
[0046] 正向、負(fù)向橋臂電流均為全橋子模塊進(jìn)行充電，而半橋子模塊只在橋臂電流為正 的時間段內(nèi)充電，因此在自然軟啟階段結(jié)束后，相同橋臂內(nèi)全橋子模塊電容充電能量是半 橋子模塊的二倍。但由于前文將全橋子模塊的電容值設(shè)置為半橋子模塊電容的二倍，因此 能夠保證兩種子模塊的電容電壓基本相同。
[0047] 2.軟啟均壓階段
[0048] 若僅通過自然軟啟充電，子模塊電壓并不能充至額定值，且存在子模塊電壓發(fā)散 的風(fēng)險，因此有必要進(jìn)行軟啟均壓。
[0049] 傳統(tǒng)的不同子模塊級聯(lián)MMC在啟動過程中，慣于在橋臂電流為負(fù)時切除全部子模 塊，以保證子模塊的均衡。
[0050] 該方法則需無論橋臂電流正負(fù)，在同一橋臂內(nèi)切除一定數(shù)量的子模塊，其余子模 塊依然閉鎖，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后切除軟起電阻并解鎖換流器。
[0051] 在橋臂電流正負(fù)時刻，均對全橋子模塊進(jìn)行充電，通過均壓作用，能夠?qū)⑷珮蜃幽?塊的充電能量調(diào)整為半橋子模塊的二倍，及保證不同子模塊電壓相同。
[0052] 切除的子模塊需要動態(tài)選擇橋臂中電壓最高的L個子模塊。L的個數(shù)由下式確定：
[0054] 其中，Μ為單橋臂內(nèi)全橋子模塊個數(shù)，N為單橋臂內(nèi)半橋子模塊個數(shù)，UllM為系統(tǒng) 閥側(cè)線電壓，ue_d為子模塊額定電壓值。
[0055]啟動流程圖如圖3所示，首先投入軟啟電阻，進(jìn)行自然軟啟。當(dāng)子模塊電壓達(dá)到上 電電壓后，進(jìn)入軟啟均壓階段，切除L個子模塊繼續(xù)充電，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，切除軟啟電阻，繼 續(xù)充電至穩(wěn)定，解鎖換流器，充電完成。
[0056] 上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新 型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng) 域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 全橋與半橋子模塊混聯(lián)的模塊化多電平換流器，其特征是，包括分別與對應(yīng)的三相 電源相連接的三相單元，每個單元均包括上橋臂及下橋臂，上橋臂及下橋臂結(jié)構(gòu)相同，均包 括相串聯(lián)的M個半橋式子模塊、N個全橋式子模塊及電感L。； 半橋式子模塊包括電容及與該電容相并聯(lián)的開關(guān)單元，所述開關(guān)單元包括相串聯(lián)的兩 個IGBT，每個IGBT均與對應(yīng)的反向二極管相并聯(lián)； 全橋式子模塊包括電容及與該電容相并聯(lián)的兩個開關(guān)單元，每個開關(guān)單元包括相串聯(lián) 的兩個IGBT，每個IGBT均與對應(yīng)的反向二極管相并聯(lián)。2. 如權(quán)利要求1所述的全橋與半橋子模塊混聯(lián)的模塊化多電平換流器，其特征是，半 橋式子模塊與全橋式子模塊的數(shù)量相等或全橋式子模塊的數(shù)量與半橋式子模塊的數(shù)量為 2 :1〇3. 如權(quán)利要求1所述的全橋與半橋子模塊混聯(lián)的模塊化多電平換流器，其特征是，半 橋式子模塊與全橋式子模塊的額定電容電壓相同。4. 如權(quán)利要求1所述的全橋與半橋子模塊混聯(lián)的模塊化多電平換流器，其特征是，全 橋式子模塊的電容值設(shè)置為半橋式子模塊電容值的二倍。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了全橋與半橋子模塊混聯(lián)的模塊化多電平換流器，包括分別與對應(yīng)的三相電源相連接的三相單元，每個單元均包括上橋臂及下橋臂，上橋臂及下橋臂結(jié)構(gòu)相同，均包括相串聯(lián)的M個半橋式子模塊、N個全橋式子模塊及電感L0；由于不同子模塊選用不同的電容值，會造成充電速度不一致。常規(guī)的充電方式不能滿足該子模塊混聯(lián)MMC拓?fù)涞恼３潆?。本?shí)用新型采用自然軟啟階段及軟啟均壓階段，保證不同子模塊電壓相同。
【IPC分類】H02M1/36, H02M7/219, H02J3/36
【公開號】CN204967648
【申請?zhí)枴緾N201520728915
【發(fā)明人】辛征, 楊紅娟, 張 浩, 張秀和, 張黎, 張東, 陳 峰, 高煥兵
【申請人】山東建筑大學(xué), 山東大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月18日