模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，属于电力电子技术领域。该实验平台由模块化硬件构成。其中，桥臂模块可转变为整形电路和导通开关电路；电源模块包括辅电模块和交直流侧电源端口，既可连接交、直流源，也可互联多个通用实验平台，满足多端协同控制实验的需求。该平台可满足MMC、HMMC、AAMC、HCMC、模块化多电平DC

【技术实现步骤摘要】
模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台


[0001]本技术属于电力电子
，具体涉及一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台。

技术介绍

[0002]高压直流输电(HVDC)具有输电效率高、容量大、潮流流向可变、分布式电源易纳入、大型储能设备较少等优势，逐渐成为远距离、跨区域、大容量电力输送的优选方案。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)凭借模块化程度高、输出波形质量好、器件开关频率低等特点，逐渐成为HVDC系统中最具发展前景的换流器之一。由于全桥型MMC 成本高，而半桥型MMC无直流故障穿越能力，因此，一方面，为了具备一定的直流故障穿越能力，提出了HMMC拓扑；另一方面，为了节约成本，结合传统两电平换流器和MMC 的结构特点，提出了HCMC和AAMC两种混合式换流器。但由于HMMC、HCMC和AAMC 存在直流侧谐波含量大、电容电压平衡困难等诸多亟待解决的问题，目前只有MMC在HVDC 工程中少量投入使用。随着对高压直流输电系统的深入研究，新型高压直流配电系统逐渐得到重视，由于MMC具有电压等级高、模块化设计、多电平输出等优势，有学者提出了模块化多电平DC-DC换流器的拓扑，该领域近些年逐渐成为高压直流配电系统的一大研究热点。
[0003]为了进一步深入研究MMC类拓扑的特性、优缺点及适用条件，促进其在实际工程中的应用，希望搭建原理验证样机，验证仿真结果，并对比相同条件下不同MMC类拓扑的实验结果。但原理验证样机的搭建存在诸多难点：换流器结构庞大、模块数量众多以及电路设计困难，导致硬件设计难度大；控制结构复杂、信号类型多样、数据总量巨大，导致软件设计难度大。上述难点使得原理验证样机搭建难度大、周期长。目前，一些现有的原理验证样机结构功能单一，可拓展性差，灵活性不够，一种实验平台只能开展一种拓扑实验。因此，如何搭建一种多功能MMC类拓扑通用实验平台，实现多种MMC类拓扑可在一个通用实验平台上开展相关验证实验，加速科研成果转化，成为HVDC工程领域尚未解决的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述，本技术结合MMC类拓扑的共同特点，利用模块化设计的思路，提出了一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，该通用实验平台可进行与MMC、HMMC、AAMC、HCMC和模块化多电平DC-DC换流器相关的实验，多个通用实验平台还可实现多端口协同控制实验，拓扑间切换便捷，可拓展性强。
[0005]为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：
[0006]一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，由机柜和安装在机柜内的模块化硬件构成，所述模块化硬件包括桥臂模块、采样模块、电源模块、电感模块、隔离变压器和保护模块；
[0007]所述桥臂模块包括上桥臂模块和下桥臂模块，每一相上桥臂模块的输入端经采样模块的换流器级电流采样和保护模块的直流侧保护后，再与电源模块的直流侧电源端口正
极相连；下桥臂模块的输入端与电源模块的直流侧电源端口负极相连；上桥臂模块和下桥臂模块的输出端经采样模块的换流器级采样后，再与电感模块的输入端相连；所述电感模块中每一相的两个输出端相连，经采样模块的换流器级采样和保护模块的交流侧保护后，再与隔离变压器的输入端相连；所述隔离变压器的输出端与电源模块的交流侧电源端口相连；
[0008]所述采样模块设有多路电压检测端口和电流检测端口，所述电压检测端口并联设置在上桥臂模块和下桥臂模块、隔离变压器输入端和输出端、以及电源模块的直流侧电源端口处，所述电流检测端口设置在换流器的桥臂侧、交流侧和直流侧。
[0009]优选的，所述机柜内设置有桥臂模块状态显示屏和电压电流显示屏，所述桥臂模块状态显示屏通过网线与主控制器相连，可显示的桥臂模块状态包括正常状态、运行状态、过压状态、过流状态、过温状态和通信错误；所述电压电流显示屏与电源模块和采样模块相连。
[0010]优选的，所述采样模块分为换流器级采样和全桥子模块采样，所述换流器级采样和全桥子模块采样由采样板和从控制器构成，均包括电压采样和电流采样。
[0011]优选的，所述保护模块包括直流侧保护、交流侧保护和全桥子模块保护，直流侧保护和交流侧保护包括串联连接的空气开关和可控断路器。
[0012]优选的，所述桥臂模块由若干个全桥子模块串联构成，每个全桥子模块均为由采样模块的全桥子模块采样、从控制器、功率板和保护模块的全桥子模块保护组成的独立单元。
[0013]优选的，所述桥臂模块中的全桥子模块能够转变为导通开关电路、以及由全桥结构或半桥结构构成的整形电路。
[0014]优选的，所述电源模块包括辅电模块、交流侧电源端口和直流侧电源端口。
[0015]优选的，所述电感模块由6组电感值可调的电感子模块构成。
[0016]基于上述技术方案，与现有技术相比，本技术具有以下优势：
[0017](1)本技术所提出的多功能MMC类拓扑通用实验平台采用串联的全桥子模块组成 6个桥臂，桥臂结构转变为由全桥结构或半桥结构构成的整形电路，或者转变为导通开关电路，配合模块化设计的电感模块，能够根据不同的拓扑类型满足MMC、HMMC、AAMC、 HCMC和模块化多电平DC-DC换流器等MMC类拓扑的相关实验，实现了一个通用实验平台多种功能的模块化通用设计的目的，具有不同MMC类拓扑切换便捷、安全可靠性高、灵活性和拓展性强等优点，有助于加速科研成果的转化。
[0018](2)本技术所提出的通用实验平台在交直流侧分别预留了端口，既可连接交、直流源，也可互联多种实验平台，便于开展多端协同控制的相关实验。
[0019](3)该通用实验平台采用了多级保护，包括直流侧保护、交流侧保护和全桥子模块保护，保证了实验过程的安全可靠。
[0020](4)本技术采用的采样模块包括换流器级采样和全桥子模块采样，获得的实验数据更加全面，可以根据实验需求选择所需的数据。
附图说明
[0021]图1为本技术一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台示意图；
[0022]图2为本技术一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台结构图；
[0023]图3为全桥结构图；
[0024]图4为全桥子模块结构图；
[0025]图5为换流器级采样结构图；
[0026]图6为主控制器结构图；
[0027]图7为电感模块结构图；
[0028]图8为MMC原理结构图；
[0029]图9为HMMC原理结构图；
[0030]图10为AAMC原理结构图；
[0031]图11为HCMC原理结构图；
[0032]图12为模块化多电平DC-DC换流器原理结构图；
[0033]图13为通用实验平台进行MMC、HMMC、AAMC实验时的各模块连接示意图；
[0034]图14为通用实验平台进行HCMC实验时的各模块连接示意图；
[0035]图15为通用实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，其特征在于，由机柜和安装在机柜内的模块化硬件构成，所述模块化硬件包括桥臂模块、采样模块、电源模块、电感模块、隔离变压器和保护模块；所述桥臂模块包括上桥臂模块和下桥臂模块，每一相上桥臂模块的输入端经采样模块的换流器级电流采样和保护模块的直流侧保护后，再与电源模块的直流侧电源端口正极相连；下桥臂模块的输入端与电源模块的直流侧电源端口负极相连；上桥臂模块和下桥臂模块的输出端经采样模块的换流器级采样后，再与电感模块的输入端相连；所述电感模块中每一相的两个输出端相连，经采样模块的换流器级采样和保护模块的交流侧保护后，再与隔离变压器的输入端相连；所述隔离变压器的输出端与电源模块的交流侧电源端口相连；所述采样模块设有多路电压检测端口和电流检测端口，所述电压检测端口并联设置在上桥臂模块和下桥臂模块、隔离变压器输入端和输出端、以及电源模块的直流侧电源端口处，所述电流检测端口设置在换流器的桥臂侧、交流侧和直流侧。2.如权利要求1所述的一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，其特征在于，所述机柜内设置有桥臂模块状态显示屏和电压电流显示屏，所述桥臂模块状态显示屏通过网线与主控制器相连，可显示的桥臂模块状态包括正常状态、运行状态、过压状态、过流状态、过温状态和通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢，常晓飞，范世源，杨贺雅，李武华，何湘宁，赵荣祥，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：