6] 2、直流側(cè)拓撲結(jié)構(gòu)
[0037] 如圖3所示，換流器直流側(cè)橋臂主要由四個區(qū)域組成，分別是：
[0038] 上橋臂半橋區(qū)Zpl，由N個半橋子模塊(half-SM或h-SM)串聯(lián)而成；
[0039]上橋臂全橋區(qū)Zp2,由K個全橋子模塊(full-SM或f-SM)串聯(lián)而成；
[0040]下橋臂全橋區(qū)Zn2,由K個全橋子模塊(full-SM或f-SM)串聯(lián)而成；
[0041 ]下橋臂半橋區(qū)Znl，由N個半橋子模塊(half-SM或h-SM)串聯(lián)而成；
[0042]上下橋臂成對稱結(jié)構(gòu)(K 2 N)，Zp2與Zn2之間的連接線接地鉗位，正負兩極直流母 線可通過閉合預充電開關(guān)進行短路。
[0043] UAB和UCD通過全波整流橋后，正弦波的負電壓波形變正電壓，得到周期為31的直流 電壓 t/gF 和 Uih 分別通過電感 L〇 接入 Zpl 和 Znl。
[0044] 根據(jù)傳統(tǒng)MMC有功及無功傳送原理，只要換流器橋臂上Zpl和Znl調(diào)制出與UEF、U IH 存在一定功角8、幅值與％不相等的電壓波形，就可以按需控制有功及無功的輸送，UCF = Uij= |N ? Uc ? sin( 〇t-5) I (調(diào)制波形滯后5)，UGj = 2Udc = 2K ? Uc(與全波整流橋配合形成直 流電壓）。
[0045] 3、全波整流橋
[0046] 如圖5所示，兩個二極管同向串聯(lián)構(gòu)成一組，兩組并聯(lián)構(gòu)成全波整流橋。串聯(lián)二極 管的連接點作為輸入端，連接交流電壓源;兩組二極管共陰極和共陽極連接點作為輸出端， 通過電感Lo接入Zpl或Znl (通過電感Loi接入Zpl，通過電感L〇2接入Znl，當然，電感Lo也可以 接于全波整流橋的輸入端），實現(xiàn)將交流電壓UAB和UCD的負電壓波形變成正電壓 ^F.F=^iir=m，-sin(c^)|〇
[0047] 4、半橋子模塊(h-SM)
[0048]如圖6所示，1個IGBT(TX)與1個反向并聯(lián)二極管(Dx)為一組，兩組串聯(lián)再與一個電 容并聯(lián)則構(gòu)成半橋子模塊(ha 1 f-SM，簡稱h-SM)。兩組串聯(lián)的連接點和電容器的一個端點 (假設為下端點)作為h-SM對外的輸入輸出端。
[0049] h-SM有3種工況，分別是閉鎖、投入、旁路。假設上橋為TjPDi，下橋為T#PD2,則：
[0050] ①當均關(guān)斷，電流正反向通路不同，對外電壓為0,此為閉鎖狀態(tài)；
[0051] ②當h開通、T2關(guān)斷，電流通過TjPDi對電容充放電，正反向通路相同，對外電壓為 +U C，此為投入狀態(tài)；
[0052] ③當Ti關(guān)斷、T2開通，電流通過T#PD2將電容旁路，正反向通路相同，對外電壓為0， 此為旁路狀態(tài)。
[0053]由此可見，h-SM不能提供反電壓-U。，但能阻止電容接入通路。
[0054] 5、全橋子模塊(f-SM)
[0055]如圖7所示，全橋子模塊(full-SM，簡稱f-SM)就是兩個半橋子模塊h-SM共用一個 電容器，且關(guān)于電容器成軸對稱的結(jié)構(gòu)。兩個半橋各自的串聯(lián)連接點為f-SM對外的輸入輸 出端。
[0056] f-SM有4種工況，分別是正投入、反投入、旁路、閉鎖。假設左上橋為T3和D3,左下橋 為T4和D4，右上橋ST#PD5，右下橋為T6和D6則：
[0057] ①當T3、T6合上且T4、T5斷開時，電流正反可流通，對外電壓為+U C，此為正投入狀 態(tài)；
[0058] ②當T4、T5合上且T3、T6斷開時，電流正反可流通，對外電壓為-U。，此為反投入狀態(tài)；
[0059] ③當T4、T6合上且T3、T5斷開時，電流正反可流通，對外電壓為0,此為旁路狀態(tài)；
[0060] ④當T3、T4、T5、T6均斷開，電流不可流通，對外電壓為0，此為閉鎖狀態(tài)。
[0061 ]由此可見，f-SM可提供正反電壓土U。，且能阻止電容接入通路。
[0062] 6、有功無功輸送原理
[0063] 如圖8所示，HF-MMC輸送功率原理與交流電網(wǎng)輸送功率原理相類似。換流器橋臂上 與交流電網(wǎng)相連的區(qū)域Zpl、Znl調(diào)制出半正弦電壓波形，使之與UEF、UIH的相位和幅值存在 一定差異，就可與交流電網(wǎng)進行有功和無功交換。
[0064]不妨假設Zpl調(diào)制出的電壓波形幅值為N ? UC，比交流電網(wǎng)的電壓波形滯后一個角 度S，則交流電網(wǎng)輸送的有功及無功為：
[0067] Zpl、Znl上下兩路同時送功率為2P和2Q，調(diào)節(jié)功角S和投入的模塊數(shù)N，即可改變輸 送的有功及無功。
[0068] 直流側(cè)功率等于交流輸送的功率，但直流側(cè)電壓不等于2N ? UC，而是等于2K ? Uc， 這是因為半橋區(qū)和全橋區(qū)可互相配合，使直流側(cè)正負極間投入的子模塊數(shù)量恒等于2K個， 因此用功率計算直流電流時應按2K ? UC計算。
[0069] 7、HF_MMC工作原理和控制方法
[0070] HF-MMC與傳統(tǒng)MMC的有功及無功傳送原理類似，只要換流器橋臂上Zpl和Znl調(diào)制 出與uEF、uIH存在一定功角5、幅值與C4不相等的電壓波形，就可與交流電網(wǎng)進行有功和無 功交換。
[0071] 然而與傳統(tǒng)MMC不同的是，HF-MMC在上下橋臂間加入2K個f-SM，從而分離出上下兩 路調(diào)制電路，由此：
[0072]①可以將交流a、b、c三相分成兩路接入同一個橋臂的Zpl和Znl，不是三相的三個 橋臂并聯(lián)，從而不會產(chǎn)生相間環(huán)流；
[0073]②2K個f-SM可以產(chǎn)生反電壓-U。，從而快速關(guān)斷直流故障電流；
[0074] ③傳統(tǒng)MMC三個橋臂需要12N個h-SM產(chǎn)生2Udc，而HF-MMC只有一個橋臂，只需相當于 6N個h-SM( 2N個h-SM、2N個f-SM)就可產(chǎn)生2Ud。，可節(jié)省一半器件。
[0075]④可以增加 f-SM的數(shù)量K，從而增強直流電壓，減低直流電流。
[0076]為實現(xiàn)以上功能，HF-MMC各階段的控制方法具體如下：
[0077] 7.1、預充電控制
[0078] HF-MMC給電容器預充電時需投入限流電阻Riim，利用交流電壓uab、ucd對h-SM及f-SM逐一進行預充電。
[0079] 7.1.1、首先進行上下橋臂半橋區(qū)Zpl、Znl預充電。兩區(qū)域互相獨立，可以同時進行 逐一預充電。每次各自投入預充電的1個h-SM，采取閉鎖的狀態(tài)(Ti關(guān)斷、T2關(guān)斷），其余采取 旁路的狀態(tài)(h關(guān)斷、T2開通），直至上下共2N個h-SM全部充滿電。
[0080] 7.1.2、然后進行上下橋臂全橋區(qū)Zp2、Zn2預充電。由于上下兩路交流回路不通過 2口2、2112，因此需借助直流側(cè)閉合預充電開關(guān)，通過直流電流對2口2、2112預充電，具體做法 是:可以先閉鎖Zpl、Znl的所有h-SMUi關(guān)斷、T 2關(guān)斷），再閉合直流側(cè)預充電開關(guān)，此時上下 兩路電壓源(波形相同）與Zp2、Zn2形成串聯(lián)的回路。因兩區(qū)域串聯(lián)，每次只能正向投入1個 f-SM進行預充電，其余進行旁路，直至上下共2K個f-SM全部充滿電。預充電結(jié)束后，HF-MMC 可以投入運行送功率。
[0081] 7.2、電平逼近和反投入直流充電策略
[0082] 7.2.1、電平逼近:根據(jù)需調(diào)制的電壓波形，采用電平逼近(NLM)的方式，按需投退 相應的h-SM和f-SM，如圖4所示。其原理與傳統(tǒng)麗C類似，只是N個半橋模塊可以全部用來調(diào) 制出電壓幅值N ? UC而不是只投一半數(shù)量器件，從而更充分利用h-SM。
[0083]由于上下兩路的電壓波形一致，因此可知上下半橋區(qū)域同時投退h-SM，所