一种具有相间双向自均压能力的MMC拓扑结构制造技术

本发明专利技术涉及一种具有相间双向自均压能力的MMC拓扑结构，柔性直流输电技术领域。本发明专利技术由A、B、C三相电路组成，每一相电路包含上下两个桥臂和两个桥臂电感，每个桥臂包含N个子模块；单相电路和相邻两相电路之间均具有均压回路且均压回路组成不同，单项内均压是用二极管在相邻子模块间形成均压回路，相间均压是用IGBT和电感在相邻相间形成均压回路，整个双向自均压MMC拓扑包含6N+4个IGBT模块和3N‑3个二极管。本发明专利技术能够通过自身的拓扑结构特点完成各个子模块电容之间的均压，并且具有高效快速的特点。

A kind of MMC topology with the capability of two-way voltage sharing between phases

【技术实现步骤摘要】
一种具有相间双向自均压能力的MMC拓扑结构
本专利技术涉及一种具有相间双向自均压能力的MMC拓扑结构，柔性直流输电

技术介绍
模块化多电平换流器凭借其模块化结构，具有易扩展、输出波形质量好、故障保护全面、恢复能力强、损耗低和不平衡运行能力强等优势，被广泛的应用于高压直流输电领域。尽管MMC具有多项优点，但也面临着由独特结构引发的问题，诸如均压问题和环流抑制问题。MMC的直流侧由若干个独立电容串联而成，通过控制投入和切除的子模块数量实现输出不同电平。在换流过程中，为了抑制环流、减小损耗，使输出波形谐波含量少，需要保持各个子模块电容间电压周期性均衡。目前针对MMC均压问题主要的解决方法是采用均压控制算法，通过对MMC子模块电压进行排序。运用均压控制算法首先需要对所有子模块的电容电压进行采样，需要大量的传感器和高采样率器件的支持，而且当MMC电平数增多时，均压算法复杂度会成倍数上升，使控制难度急剧增加，限制了控制算法均压在大容量MMC的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有相间双向自均压能力的MMC拓扑结构，用以解决上述问题。本专利技术的技术方案是：一种具有相间双向自均压能力的MMC拓扑结构，由A、B、C三相电路组成，每一相电路包含上下两个桥臂和两个桥臂电感，每个桥臂包含N个子模块；单相电路和相邻两相电路之间均具有均压回路且均压回路组成不同，单项内均压是用二极管在相邻子模块间形成均压回路，相间均压是用IGBT和电感在相邻相间形成均压回路，整个双向自均压MMC拓扑包含6N+4个IGBT模块和3N-3个二极管。A、C两相电路采用相同的拓扑，B相电路拓扑和A、C两相不同，A、C两相电路的连接方式皆为：上桥臂第1个子模块的上输入端连接直流侧的正极，下输入端连接上桥臂第2个子模块的上输入端，均压支路连接到上桥臂第2个子模块的电容正极，上桥臂第2个子模块的上输入端连接上桥臂第1个子模块的下输入端，上桥臂第2个子模块的下输入端连接上桥臂第3个子模块的上输入端，均压支路连接到上桥臂第3个子模块的电容正极，上桥臂第i个子模块的上输入端连接上桥臂第i-1个子模块的下输入端，下输入端连接上桥臂第i+1个子模块的上输入端，均压支路连接到上桥臂第(i+1)个子模块的电容正极，上桥臂第N个子模块的上输入端连接上桥臂第N-1个子模块的下输入端，下输入端连接上桥臂电抗器，上桥臂的电抗器和下桥臂的电抗器串联，均压支路连接到下桥臂第1个子模块的电容正极，下桥臂第1个子模块的上输入端连接下桥臂电抗器，下输入端连接下桥臂第2个子模块的上输入端，均压支路连接到下桥臂第2个子模块的电容正极，下桥臂第2个子模块的上输入端连接下桥臂第1个子模块的下输入端，下输入端连接第3个子模块的上输入端，均压支路连接到下桥臂第3个子模块的电容正极，下桥臂第i个子模块的上输入端连接下桥臂第i-1个子模块的下输入端，下输入端连接下桥臂第i+1个子模块的上输入端，均压支路连接到下桥臂第i+1个子模块的电容正极，下桥臂第N个子模块的上输入端连接下桥臂第N-1个子模块的下输入端，下输出端连接直流侧的负极。A、B、C三相电路的最后一个子模块都采用传统子模块，不需要增加均压支路。相邻两相电路之间的均压和单相电路内采用的均压结构不同，相间双向自均压只存在于每一相上桥臂的第一个子模块和下桥臂的最后一个子模块，A、B两相电路上桥臂的第1个子模块之间的连接方式为：A相电路均压回路第一个子模块电容负极连接IGBT的集电极，IGBT的射极连接B相电路上桥臂第一个子模块的下输出端，B、C两相电路上桥臂第1个子模块的连接方式和A、B两相电路上桥臂第1个子模块的连接方式相同，A、B两相电路下桥臂第N个子模块之间的连接方式为：A相电路下桥臂第N个子模块电容的正极连接IGBT的集电极，IGBT的射极连接B相电路下桥臂第N个子模块的上输入端，B、C两相电路下桥臂第N个子模块的连接方式和A、B两相电路下桥臂第N个子模块的连接方式相同。A、B、C三相电路间的IGBT的方向可以调换。以A、B两相电路为例：A相上桥臂连接IGBT的集电极、B相电路上桥臂连接IGBT的发射极，和A相电路上桥臂连接IGBT的发射极、B相电路上桥臂连接IGBT的集电极是等同的。本专利技术的有益效果是：相间双向自均压MMC拓扑结构能够按照自身的拓扑结构特点实现子模块电容间的自均压，完全摒弃了均压控制算法，在MMC电平数上升时，不会增加实现系统的复杂度，能够很好地运用到高电压大容量的高压直流柔性输电领域。附图说明图1是本专利技术的子模块拓扑图；图2是本专利技术的整体拓扑图；图3是本专利技术的均压原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。图1(a)是A相电路和C相电路的子模块拓扑结构，图1(b)是B相电路的子模块拓扑结构，都是在传统MMC子模块的基础上增加了一个二极管形成均压回路。图1(c)是MMC上桥臂电路的连接子模块，图1(d)是MMC下桥臂电路的连接子模块，都是在传统MMC子模块的基础上增加了IGBT和电感作为均压回路。图2是相间双向自均压MMC拓扑结构，该拓扑由A、B、C三相电路构成。每一相电路包含上下两个桥臂，每个桥臂由N个子模块。在A、B、C三相电路上下桥臂之间存在两个桥臂电感；相邻两相电路之间具有双向均压回路。整个相间双向自均压MMC拓扑包含(6N+4)个IGBT模块和(6N-3)个二极管。A、C两相电路采用相同的拓扑，B相电路拓扑和A、C两相不同。A、C两相电路的连接方式皆为：上桥臂第1个子模块的上输入端连接直流侧的正极，下输入端连接上桥臂第2个子模块的上输入端，均压支路连接到上桥臂第2个子模块的电容正极，上桥臂第2个子模块的上输入端连接上桥臂第1个子模块的下输入端，上桥臂第2个子模块的下输入端连接上桥臂第3个子模块的上输入端，均压支路连接到上桥臂第3个子模块的电容正极。上桥臂第i个子模块的上输入端连接上桥臂第(i-1)个子模块的下输入端，下输入端连接上桥臂第(i+1)个子模块的上输入端，均压支路连接到上桥臂第(i+1)个子模块的电容正极。上桥臂第N个子模块的上输入端连接上桥臂第(N-1)个子模块的下输入端，下输入端连接上桥臂电抗器，上桥臂的电抗器和下桥臂的电抗器串联，均压支路连接到下桥臂第1个子模块的电容正极。下桥臂第1个子模块的上输入端连接下桥臂电抗器，下输入端连接下桥臂第2个子模块的上输入端，均压支路连接到下桥臂第2个子模块的电容正极。下桥臂第2个子模块的上输入端连接下桥臂第1个子模块的下输入端，下输入端连接第3个子模块的上输入端，均压支路连接到下桥臂第3个子模块的电容正极。下桥臂第i个子模块的上输入端连接下桥臂第(i-1)个子模块的下输入端，下输入端连接下桥臂第(i+1)个子模块的上输入端，均压支路连接到下桥臂第(i+1)个子模块的电容正极。下桥臂第N个子模块的上输入端连接下桥臂第(N-1)个子模块的下输入端，下输出端连接直流侧的负极。A、B、C三相电路的最后一个子模块都采用传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有相间双向自均压能力的MMC拓扑结构，其特征在于：由A、B、C三相电路组成，每一相电路包含上下两个桥臂和两个桥臂电感，每个桥臂包含N个子模块；单相电路和相邻两相电路之间均具有均压回路且均压回路组成不同，单项内均压是用二极管在相邻子模块间形成均压回路，相间均压是用IGBT和电感在相邻相间形成均压回路，整个双向自均压MMC拓扑包含6N+4个IGBT模块和3N-3个二极管。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有相间双向自均压能力的MMC拓扑结构，其特征在于：由A、B、C三相电路组成，每一相电路包含上下两个桥臂和两个桥臂电感，每个桥臂包含N个子模块；单相电路和相邻两相电路之间均具有均压回路且均压回路组成不同，单项内均压是用二极管在相邻子模块间形成均压回路，相间均压是用IGBT和电感在相邻相间形成均压回路，整个双向自均压MMC拓扑包含6N+4个IGBT模块和3N-3个二极管。


2.根据权利要求1所述的具有相间双向自均压能力的MMC拓扑结构，其特征在于：A、C两相电路采用相同的拓扑，B相电路拓扑和A、C两相不同，A、C两相电路的连接方式皆为：上桥臂第1个子模块的上输入端连接直流侧的正极，下输入端连接上桥臂第2个子模块的上输入端，均压支路连接到上桥臂第2个子模块的电容正极，上桥臂第2个子模块的上输入端连接上桥臂第1个子模块的下输入端，上桥臂第2个子模块的下输入端连接上桥臂第3个子模块的上输入端，均压支路连接到上桥臂第3个子模块的电容正极，上桥臂第i个子模块的上输入端连接上桥臂第i-1个子模块的下输入端，下输入端连接上桥臂第i+1个子模块的上输入端，均压支路连接到上桥臂第(i+1)个子模块的电容正极，上桥臂第N个子模块的上输入端连接上桥臂第N-1个子模块的下输入端，下输入端连接上桥臂电抗器，上桥臂的电抗器和下桥臂的电抗器串联，均压支路连接到下桥臂第1个子模块的电容正极，下桥臂第1个子模块的上输入端连接下桥臂电抗器，下输入端连接下桥臂第2个子模块的上输入端，均压支路连接到下...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，雷顺广，刘佳露，田鑫萃，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53