一種具有增強(qiáng)電壓特性半橋全橋混合型的mmc拓?fù)涞闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種柔性直流輸電系統(tǒng)，具體涉及具有增強(qiáng)電壓特性半橋全橋混 合型的MMC拓?fù)洹?br>【背景技術(shù)】
[0002] 如圖1所示，現(xiàn)有的三相模塊化多電平換流器(MMC)各相上、下橋臂投入運(yùn)行的子 模塊（電壓值為Uc)總數(shù)是一個定值N，三相并聯(lián)從而獲得直流電壓為N ? Uc;通過對各相這N 個子模塊在上、下橋臂之間進(jìn)行動態(tài)分配，可以調(diào)制出三相交流電壓1^、1^、1^，如圖2所 不。
[0003] MMC具有開關(guān)頻率低損耗小、可單獨(dú)調(diào)節(jié)有功無功功率、輸出濾波器容量小、電壓 諧波畸變率小、無換相失敗、易于模塊化設(shè)計、可靠性高等眾多優(yōu)點(diǎn)，因此得到越來越多的 工程應(yīng)用，但受其原理限制存在較多問題，如需要電容電壓平衡控制和相間環(huán)流抑制導(dǎo)致 控制系統(tǒng)復(fù)雜;所需子模塊數(shù)量較多且正常運(yùn)行時只有一半數(shù)量投入送電，導(dǎo)致投資成本 高、子模塊利用率低;子模塊為帶續(xù)流二極管的半橋，故障時無法關(guān)斷直流，必須閉鎖換流 器同時跳開交流斷路器來保護(hù)換流器，電力傳輸被迫中斷；需三相平衡運(yùn)行，缺相時會有較 大的諧波分量進(jìn)入直流側(cè)，不可非健全運(yùn)行。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種具有增強(qiáng)電壓特性半橋全 橋混合型的MMC拓?fù)?，其采用半橋、全橋子模塊混合調(diào)制交流直流電壓，能提高直流電壓降 低直流電流以及關(guān)斷直流故障電流，達(dá)到增強(qiáng)電壓特性以及故障穿越的目的。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案是：
[0006] -種具有增強(qiáng)電壓特性半橋全橋混合型的MMC拓?fù)?，其包括?lián)接變壓器、全波整流 橋、上橋臂半橋區(qū)Zpl、上橋臂全橋區(qū)Zp2、下橋臂半橋區(qū)Znl、下橋臂全橋區(qū)Zn2以及預(yù)充電 開關(guān)K3,其中，聯(lián)接變壓器的一側(cè)連接三相交流進(jìn)線，其另一側(cè)形成第一電壓源和第二電壓 源，所述上橋臂半橋區(qū)Zpl、上橋臂全橋區(qū)Zp2、下橋臂全橋區(qū)Zn2和下橋臂半橋區(qū)Znl依次 串聯(lián)，且上橋臂半橋區(qū)Zpl遠(yuǎn)離上橋臂全橋區(qū)Zp2的一端連接至正極直流母線，所述下橋臂 半橋區(qū)Znl遠(yuǎn)離下橋臂全橋區(qū)Zn2的一端連接至負(fù)極直流母線；所述全波整流橋為兩個，所 述第一電壓源的兩個輸出端對應(yīng)連接第一全波整流橋的兩個輸入端，該第一全波整流橋的 兩個輸出端連接于上橋臂半橋區(qū)Zpl的兩端，所述第二電壓源的兩個輸出端對應(yīng)連接第二 全波整流橋的兩個輸入端，該第二全波整流橋的兩個輸出端連接于下橋臂半橋區(qū)Znl的兩 端，所述上橋臂全橋區(qū)Zp2、下橋臂全橋區(qū)Zn2之間接地;所述預(yù)充電開關(guān)K3的一端連接于下 橋臂半橋區(qū)Znl和負(fù)極直流母線之間，另一端連接于上橋臂半橋區(qū)Zpl和正極直流母線之 間;所述上橋臂半橋區(qū)Zpl和下橋臂半橋區(qū)Znl均由N個半橋子模塊串聯(lián)而成，所述上橋臂全 橋區(qū)Zp2和下橋臂全橋區(qū)Zn2均由K個全橋子模塊串聯(lián)而成，其中，N和K均為正整數(shù)且K 2 N。
[0007] 所述聯(lián)接變壓器包括由第一初級繞組與其對應(yīng)的第一次級繞組組成的第一變壓 器、由第二初級繞組與其對應(yīng)的第二次級繞組組成的第二變壓器、以及第三初級繞組與其 對應(yīng)的第三次級繞組組成的第三變壓器;其中第一初級繞組、第二初級繞組以及第三初級 繞組的首端分別連接于a相交流進(jìn)線、b相交流進(jìn)線以及c相交流進(jìn)線，三者的尾端連接在一 起;所述第一次級繞組的首尾兩端形成第一電壓源的兩個輸出端;所述第二次級繞組的尾 端與第三次級繞組的首端相連，第二次級繞組的首端與第三次級繞組的尾端形成第二電壓 源的兩個輸出端。
[0008] 在第一次級繞組的首端或尾端串接一限流電阻Rliml，該限流電阻Rliml并與一旁路 開關(guān)S liml并聯(lián)，在第二次級繞組的首端或第三次級繞組的尾端串接一限流電阻Rlim2，該限流 電阻Rlim2并與一旁路開關(guān)Slim2并聯(lián)。
[0009] 在第一全波整流橋的任意輸入端或輸出端上連接一電感LQ1，在第二全波整流橋的 任意輸入端或輸出端上連接一電感L〇2。
[0010] 所述半橋子模塊包括開關(guān)管T1、開關(guān)管T2、反向并聯(lián)二極管D1、反向并聯(lián)二極管D2 以及第一電容，其中，所述開關(guān)管T1和開關(guān)管T2串聯(lián)，反向并聯(lián)二極管D1、反向并聯(lián)二極管 D2分別并接于開關(guān)管T1和開關(guān)管T2的兩端，第一電容的正、負(fù)極分別連接于反向并聯(lián)二極 管D1的負(fù)極和反向并聯(lián)二極管D2的正極。
[0011] 所述開關(guān)管T1的集電極和發(fā)射極分別與反向并聯(lián)二極管D1的負(fù)極和正極相連，所 述開關(guān)管T2的集電極和發(fā)射極分別與反向并聯(lián)二極管D2的負(fù)極和正極相連，開關(guān)管T1的發(fā) 射極還與開關(guān)管T2的集電極相連。
[0012]所述開關(guān)管T1和開關(guān)管T2均為IGBT或IEGT管，所述IGBT或IEGT管的門極與一信號 控制源連接。
[0013] 所述全橋子模塊包括共用一第二電容的兩個半橋子模塊，且該共用一第二電容的 兩個半橋子模塊相對于第二電容軸對稱。
[0014] 具有增強(qiáng)電壓特性半橋全橋混合型的MMC(簡稱HF-MMC)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0015] (1)具有傳統(tǒng)MMC的普遍優(yōu)點(diǎn)，如開關(guān)頻率低損耗小、可單獨(dú)調(diào)節(jié)有功無功功率、易 于模塊化設(shè)計、可靠性高等。
[0016] (2)采用半橋、全橋子模塊混合調(diào)制交流直流電壓，能提高直流電壓降低直流電流 以及關(guān)斷直流故障電流，達(dá)到增強(qiáng)電壓特性以及故障穿越的目的。
[0017] (3)交流三相電壓采用特殊連接方式，形成兩路相同波形的電壓接入同一個橋臂， 沒有采用三個橋臂并聯(lián)運(yùn)行的方式，不會形成相間環(huán)流從而降低控制難度。
[0018] (4)提高了子模塊的利用率，比傳統(tǒng)MMC少用一半子模塊從而有效降低投資成本。
【附圖說明】
[0019] 圖1為現(xiàn)有的三相模塊化多電平換流器(MMC)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為圖1中電壓調(diào)制逼近不意圖；
[0021] 圖3為本實用新型一種具有增強(qiáng)電壓特性半橋全橋混合型的MMC拓?fù)洌℉F-MMC)的 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖4為圖3中電壓調(diào)制逼近不意圖；
[0023]圖5為全波整流橋的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0024]圖6為半橋子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7為全橋子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖8為本實用新型HF-MMC輸送功率的原理圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
[0028] HF-MMC可以用作整流或逆變，其交流側(cè)與直流側(cè)均采用特殊連接方式，其中交流 側(cè)采用聯(lián)接變壓器實現(xiàn)三相交流進(jìn)線與換流器的隔離，直流側(cè)采用半橋和全橋子模塊的混 合結(jié)構(gòu)，具體如圖3所示。
[0029] 1、交流側(cè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
[0030]三相交流進(jìn)線a、b、c經(jīng)聯(lián)接變壓器與換流器進(jìn)行隔離。聯(lián)接變壓器連接交流進(jìn)線 一側(cè)三相采用Y接，連接換流器一側(cè)可分離出a、b、c的相電壓。其中a的相電壓形成一路電壓 源UAB，而b、c相首尾相接形成另一路電壓源UDC。由于三相電壓相位差120°，因此這兩路電壓 源的電壓波形反相(相位差180°)。設(shè)三相電壓為：
[0031 ] i/\；i=Lv/sin{{yr)
[0032] it'h=U，sin(cot- / 20。)
[0033] ?iV(； = u,p -811^(601+ 120°)
[0034] 由此可知《^=-?DC=wrD=t^，sin(G^)
[0035] 考慮到預(yù)充電電流較大，因此在兩路電壓源UAB、U⑶中分別串聯(lián)限流電阻Rlim，并以 旁路開關(guān)S lim各自與Rlim并聯(lián)。
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