一种模块化多电平换流器半全桥子模块的缓冲电路制造技术

本发明专利技术公开了一种模块化多电平换流器半全桥子模块的缓冲电路，半全桥子模块包括左半桥模块、右半桥模块和连接电路；还包含三组RCD缓冲电路，每组RCD缓冲电路包括：一个电阻和一个二极管并联后，与一个电容串联，所述二极管负极连接所述电容正极。本发明专利技术提出3组RCD缓冲电路的缓冲结构，通过第一组RCD缓冲电路抑制左半桥模块的IGBT关断电压尖峰，通过第二组RCD缓冲电路抑制右半桥模块的IGBT关断电压尖峰，通过第三组RCD缓冲电路抑制连接电路的IGBT关断电压尖峰，简化了半全桥子模块的缓冲电路，在降级缓冲电路成本的同时，能较好地抑制IGBT关断电压；本发明专利技术提出RCD缓冲电路的参数设计，能降低系统成本，并保证IGBT关断过电压不过冲。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平换流器半全桥子模块的缓冲电路
本专利技术属于IGBT缓冲电路研究领域，更具体地，涉及一种模块化多电平换流器半全桥子模块的缓冲电路。
技术介绍
模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，MMC)具有模块化结构易于封装扩展、开关器件应力小和输出电压谐波低等优点，已在实际工程中得到应用，如美国的Transbay工程、中国的舟山五端柔性直流输电工程。按照子模块拓扑结构不同，模块化多电平换流器一般分为半桥型、全桥型和箝位双型三种类型。半全桥子模块(Semi-FullBridgeSub-module，SFB-SM)是一种箝位双型子模块，它由7个IGBT反并联二极管构成，具有+2Uc、+Uc、0和-Uc四种电平输出能力。相比于能主动阻断直流故障电流的全桥子模块，SFB-SM减少了电力电子器件数量。同时，由于SFB-SM两个电容同时充放电，因此两个电容电压始终保持均衡。由于主电路寄生电感的存在，使得绝缘栅双极型晶体管(SiliconInsulatedGateBipolarTransistor，SiIGBT)关断过程会产生很大的关断电压尖峰，过高的关断电压尖峰会损坏IGBT，同时可能导致IGBT误导通，因此IGBT实际应用电路中需要设置缓冲电路抑制关断电压尖峰。目前，半桥子模块的缓冲电路设计方法主要有：1)每个开关器件旁并联一组电阻电容二极管(ResistanceCapacitanceDiode，RCD)缓冲电路。如图1(a)所示，IGBT关断过程中两端电压升高使得二极管导通向电容充电，从而抑制IGBT关断电压尖峰，降低IGBT关断损耗。该方法设计简单可靠，但使用了大量的RCD缓冲电路，使得缓冲电路结构较为复杂。2)在电容两端并联一组RCD缓冲电路。如图1(b)所示，由于半桥子模块两个IGBT开关信号互补，一个开关管关断的过程，另一个开关管必定导通，因此半桥子模块缓冲电路可以得到简化。综上所述，由于半全桥子模块含有大量的IGBT，因此传统的缓冲电路设计方法较为复杂，成本较高。因此，亟需一种简化的半全桥子模块的RCD缓冲电路。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决现有技术半全桥子模块需要大量的IGBT导致的设计复杂、成本较高的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种模块化多电平换流器半全桥子模块的缓冲电路，所述半全桥子模块包括左半桥模块、右半桥模块和连接电路；其中，所述左半桥模块包括：第一开关管T1和第二开关管T2串联后，与第一电容C1并联于连接点P1和连接点N1；所述右半桥模块包括：第三开关管T3和第四开关管T4串联后，与第二电容C2并联于连接点P2和连接点N2；连接电路包括第五开关管T5、第六开关管T6和第七开关管T7，第六开关管T6跨接在左右半桥模块的连接点P1和连接点P2之间，第七开关管T7跨接在左右半桥模块的连接点N1和连接点N2之间，第五开关管T5连接在第六开关管T6和第七开关管T7之间，还包含三组RCD缓冲电路，每组RCD缓冲电路包括：一个电阻和一个二极管并联后，与一个电容串联，所述二极管负极连接所述电容正极，所述的二极管正极记为连接点A，所述电容负极记为连接点B；第一组RCD缓冲电路连接点A与半全桥子模块连接点P1相连，连接点B与半全桥子模块连接点N1相连；第二组RCD缓冲电路连接点A与半全桥子模块连接点P2相连，连接点B与半全桥子模块连接点N2相连；第三组RCD缓冲电路连接点A与半全桥子模块连接点P1相连，连接点B与半全桥子模块连接点N2相连。具体地，T1～T7中每个开关管由1个IGBT反并联1个二极管构成。具体地，半全桥子模块具体的连接方式为：所述第一开关管T1的发射极和第二开关管T2的集电极连接；所述第一开关管T1的集电极、第六开关管T6的发射极及第一电容C1的正极连接；所述第二开关管T2的发射极、第五开关管T5的发射极、第七开关管T7的集电极及第一电容C1的负极连接；所述第五开关管T5的集电极、第六开关管T6的集电极、第三开关管T3的集电极及第二电容C2的正极连接；所述第七开关管T7的发射极、第四开关管T4的发射极及第二电容C2的负极连接；所述第三开关管T3的发射极和第四开关管T4的集电极连接。具体地，所述左半桥模块还包括第八开关管M1，其与第一电容C1串联于连接点P1和连接点N1；所述右半桥模块还包括第九开关管M2，其与第一电容C2串联于连接点P2和连接点N2。具体地，T1～T7中每个开关管由1个IGBT反并联1个二极管构成。具体地，半全桥子模块具体的连接方式为：所述第一开关管T1的发射极和第二开关管T2的集电极连接；所述第一开关管T1的集电极、第六开关管T6的发射极及第八开关管M1的源极连接；所述第八开关管M1的漏极和第一电容C1的正极连接；所述第二开关管T2的发射极、第五开关管T5的发射极、第七开关管T7的集电极及第一电容C1的负极连接；所述第五开关管T5的集电极、第六开关管T6的集电极、第三开关管T3的集电极及第九开关管M2的源极连接；所述第九开关管M2的漏极和第二电容C2的正极连接；所述第七开关管T7的发射极、第四开关管T4的发射极及第二电容C2的负极连接；所述第三开关管T3的发射极和第四开关管T4的集电极连接。具体地，M1～M2中每个开关管由1个SiCMOSFET反并联1个二极管构成。具体地，所述RCD缓冲电路中电容C的计算公式为：其中，Ip为IGBT集电极电流峰值，UC为所述RCD缓冲电路中电容的额定工作电压，tf为所述RCD缓冲电路中电容两端电压上升时间；所述RCD缓冲电路中电阻R的计算公式为：3RC=ton(min)(2)其中，ton(min)为最小IGBT导通时间，C为所述RCD缓冲电路中电容大小；所述RCD缓冲电路中二极管最小耐压值选取IGBT的额定电压值。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)与现有技术相比，本专利技术提出3组RCD缓冲电路的缓冲结构，通过第一组RCD缓冲电路抑制左半桥模块的IGBT关断电压尖峰，通过第二组RCD缓冲电路抑制右半桥模块的IGBT关断电压尖峰，通过第三组RCD缓冲电路抑制连接电路的IGBT关断电压尖峰，简化了半全桥子模块的缓冲电路，在降级缓冲电路成本的同时，能较好地抑制IGBT关断电压。(2)与现有技术相比，本专利技术提出RCD缓冲电路的参数设计，根据放电电阻消耗的能量为电容充电的能量设计电容，将电容C上的电荷释放到所充电荷的5％以下设计电阻，二极管最小耐压值选取为主回路中IGBT的额定电压值设计二极管，合适的RCD参数能降低系统成本，并保证IGBT关断过电压不过冲。附图说明图1(a)为现有技术中半桥子模块的缓冲电路1结构示意图；图1(b)为现有技术中半桥子模块的缓冲电路2结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的模块化多电平换流器MMC拓扑结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的半全桥子模块拓扑结构示意图。图4为本专利技术实施例提供的半全桥子模块缓冲电路拓扑结构示意图。图5为本专利技术实施例提供的半全桥子模块输出电平为+2UC和+UC，电流方向为正时的仿真结果图；图6为本专利技术实施例提供的半全桥子模块输出电平为+2UC和+UC，电流方向为负时的仿真结果图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平换流器半全桥子模块的缓冲电路，所述半全桥子模块包括左半桥模块、右半桥模块和连接电路；其中，所述左半桥模块包括：第一开关管T1和第二开关管T2串联后，与第一电容C1并联于连接点P1和连接点N1；所述右半桥模块包括：第三开关管T3和第四开关管T4串联后，与第二电容C2并联于连接点P2和连接点N2；连接电路包括第五开关管T5、第六开关管T6和第七开关管T7，第六开关管T6跨接在左右半桥模块的连接点P1和连接点P2之间，第七开关管T7跨接在左右半桥模块的连接点N1和连接点N2之间，第五开关管T5连接在第六开关管T6和第七开关管T7之间，其特征在于，还包含三组RCD缓冲电路，每组RCD缓冲电路包括：一个电阻和一个二极管并联后，与一个电容串联，所述二极管负极连接所述电容正极，所述的二极管正极记为连接点A，所述电容负极记为连接点B；第一组RCD缓冲电路连接点A与半全桥子模块连接点P1相连，连接点B与半全桥子模块连接点N1相连；第二组RCD缓冲电路连接点A与半全桥子模块连接点P2相连，连接点B与半全桥子模块连接点N2相连；第三组RCD缓冲电路连接点A与半全桥子模块连接点P1相连，连接点B与半全桥子模块连接点N2相连。...

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器半全桥子模块的缓冲电路，所述半全桥子模块包括左半桥模块、右半桥模块和连接电路；其中，所述左半桥模块包括：第一开关管T1和第二开关管T2串联后，与第一电容C1并联于连接点P1和连接点N1；所述右半桥模块包括：第三开关管T3和第四开关管T4串联后，与第二电容C2并联于连接点P2和连接点N2；连接电路包括第五开关管T5、第六开关管T6和第七开关管T7，第六开关管T6跨接在左右半桥模块的连接点P1和连接点P2之间，第七开关管T7跨接在左右半桥模块的连接点N1和连接点N2之间，第五开关管T5连接在第六开关管T6和第七开关管T7之间，其特征在于，还包含三组RCD缓冲电路，每组RCD缓冲电路包括：一个电阻和一个二极管并联后，与一个电容串联，所述二极管负极连接所述电容正极，所述的二极管正极记为连接点A，所述电容负极记为连接点B；第一组RCD缓冲电路连接点A与半全桥子模块连接点P1相连，连接点B与半全桥子模块连接点N1相连；第二组RCD缓冲电路连接点A与半全桥子模块连接点P2相连，连接点B与半全桥子模块连接点N2相连；第三组RCD缓冲电路连接点A与半全桥子模块连接点P1相连，连接点B与半全桥子模块连接点N2相连。2.如权利要求1所述的缓冲电路，其特征在于，T1～T7中每个开关管由1个IGBT反并联1个二极管构成。3.如权利要求2所述的缓冲电路，其特征在于，半全桥子模块具体的连接方式为：所述第一开关管T1的发射极和第二开关管T2的集电极连接；所述第一开关管T1的集电极、第六开关管T6的发射极及第一电容C1的正极连接；所述第二开关管T2的发射极、第五开关管T5的发射极、第七开关管T7的集电极及第一电容C1的负极连接；所述第五开关管T5的集电极、第六开关管T6的集电极、第三开关管T3的集电极及第二电容C2的正极连接；所述第七开关管T7的发射极、第四开关管T4的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林磊，徐晨，胡凯，周雪妮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42