一种桥臂复用MMC宽电压范围调制方法技术

本发明专利技术公开了一种桥臂复用MMC宽电压范围调制方法，属于电力系统技术领域；其技术特点是：桥臂复用MMC拓扑结构由复用子模块桥臂、常规子模块桥臂、三相开关桥和桥臂电感组成；常规子模块桥臂分别对应连接三相开关桥中间点，复用子模块桥臂与对应三相开关桥并联，桥臂复用MMC宽电压范围调制方法，复用子模块桥臂电压为三倍工频周期调制，合理控制三相开关桥上管与下管通断，实现复用子模块桥臂被任一相常规子模块桥臂复用时在工频周期能量平衡，并拓宽了桥臂复用MMC的电压调制范围，有效提高该拓扑在不同电压运行工况下的灵活运行能力。拓扑在不同电压运行工况下的灵活运行能力。拓扑在不同电压运行工况下的灵活运行能力。

【技术实现步骤摘要】
一种桥臂复用MMC宽电压范围调制方法


[0001]本专利技术属于电力系统
，具体涉及一种桥臂复用MMC宽电压范围调制方法。

技术介绍

[0002]随着现在科技的不断发展，当前模块化多电平换流器(Modular multilevel converter)MMC以其高度模块化、少谐波、可靠性高等优点，展现出其在中压直流输电、配电功率交换时具有巨大的应有潜力，但在实际直流输电工程中，MMC暴露出占地面积大、功率密度低和成本较高的问题，数量庞大的MMC子模块是造成以上情况的原因之一；其中，中国专利CN113595424A(一种桥臂复用MMC拓扑结构)公开了一种上、下桥臂复用型MMC拓扑结构，通过在传统MMC上、下两端串联三相开关桥，利用控制三相开关桥工作，实现复用桥臂被常规桥臂分时复用，从而降低MMC子模块数量，另外，所提调制方法进一步降低了复用桥臂、常规桥臂子模块容值需求，进而整体降低了成本与体积；但桥臂复用MMC所提调制方法，使其工作在较窄的电压调制范围，限制了其在不同交直流电压传输比的灵活运行能力，同时，桥臂复用MMC不具备在多端柔性直流系统中不同电压等级的交流端口能量灵活互供能力。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种桥臂复用MMC宽电压范围调制方法，解决了现有技术中的调制方法的电压调制范围相对较窄的技术问题。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种桥臂复用MMC宽电压范围调制方法，包括：桥臂复用MMC拓扑结构包括：复用子模块桥臂、常规子模块桥臂、三相开关桥和桥臂电感，所述复用子模块桥臂与三相开关桥并联，所述常规子模块桥臂分别对应三相开关桥的中间点，所述复用子模块桥臂包括上复用子模块桥臂和下复用子模块桥臂，所述任一相常规子模块桥臂包括上常规子模块桥臂和下常规子模块桥臂，方法包括以下步骤：
[0005]所述复用子模块桥臂的电压为三倍工频周期调制，所述复用子模块桥臂被任一相常规子模块桥臂所复用，且共同整形所需电压；
[0006]所述三相开关桥中任一相的上管和下管交替通断工作；任一相上三相开关桥的下管导通时，上复用子模块桥臂被上常规子模块桥臂复用，且上复用子模块桥臂在工频周期内能量平衡；任一相下三相开关桥臂的上管导通时，下复用子模块桥臂被下常规子模块桥臂复用，且下复用子模块桥臂在工频周期内能量平衡；
[0007]当上复用子模块桥臂被任一相上常规子模块桥臂复用时，上常规子模块桥臂调制电压为正极直流电压与上复用子模块桥臂调制电压之差，且上常规子模块桥臂在工频周期能量平衡，当下复用子模块桥臂被任一相下常规子模块桥臂复用时，下常规子模块桥臂调制电压为下复用子模块桥臂电压与负极直流电压之差，且下常规子模块桥臂在工频周期能量平衡。
[0008]优选地，所述任一相上三相开关桥和任一相下三相开关桥的上管与下管互补导通。
[0009]优选地，所述任一相上三相开关桥和任一相下三相开关桥的工作状态如下：
[0010][0011]其中，γ为复用子模块桥臂能量平衡控制角，为j相的初相位，S
ju1
和S
ju2
分别为j相上三相开关桥上管和下管开关状态，S
jl1
和S
jl2
分别为j相下三相开关桥上管和下管的开关状态。
[0012]优选地，当S
ju1
/S
ju2
＝1时，j相上三相开关桥上管/下管导通；当S
ju1
/S
ju2
＝0时，j相上三相开关桥上管/下管关断；当S
jl1
/S
jl2
＝1时，j相下三相开关桥上管/下管导通；当S
jl1
/S
jl2
＝0时，j相下三相开关桥上管/下管关断。
[0013]优选地，所述复用子模块桥臂的参考电压信号为分段函数，如下：
[0014][0015]其中，v
mu
为上复用子模块桥臂调制电压，v
ml
为下复用子模块桥臂调制电压，v
dc
为直流端口电压，α1和α2为比例系数，ω为工频角频率。
[0016]优选地，所述任一相上常规子模块和任一相下常规子模块桥臂调制电压如下：
[0017][0018]m＝2v
j
/v
dc
[0019]其中，v
cju
、v
cjl
分别为j相上、下常规子模块桥臂调制电压；m为调制比；v
j
为j相交流端口电压。
[0020]优选地，所述复用子模块桥臂在工频周期内实现能量平衡，上复用子模块桥臂和下复用子模块桥臂能量平衡原理相同，能量积累表示为：
[0021][0022]通过计算上式，即得到固定α1和α2下复用子模块桥臂能量平衡控制角γ与调制度m、功率因数的关系表达式。
[0023]优选地，所述常规子模块桥臂在工频周期内实现能量平衡，能量积累表示为：
[0024][0025]本专利技术的有益效果：
[0026]本专利技术通过合理设计复用桥臂调制电压，以及复用桥臂能量平衡控制角，实现了桥臂复用MMC宽电压范围调制，增强了其在不同交直流电压传输比下的灵活运行能力；设计的桥臂能量平衡控制角，增大了复用桥臂子模块数量，从而进一步降低了整体的成本与体积。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本专利技术的桥臂复用MMC拓扑图；
[0029]图2是本专利技术的一种桥臂复用MMC宽电压范围调制方法图；
[0030]图3是本专利技术实施例上下三相开关桥驱动信号图；
[0031]图4是本专利技术实施例复用子模块桥臂能量平衡控制角γ与调制比m之间的关系图；
[0032]图5是本专利技术实施例中调制比为0.9时，在该调制方法下桥臂电压、电流仿真结果图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]如图1所示，桥臂复用MMC拓扑结构包括复用子模块桥臂、常规子模块桥臂、三相开关桥和桥臂电感；常规子模块桥臂分别对应连接三相开关桥中间点，复用子模块桥臂与对应三相开关桥并联。
[0035]在本专利技术实施方式中，优选的，复用子模块桥臂和常规子模块桥臂可选择半桥子模块、全桥子模块、其他结构子模块或者混合子模块；三相全桥开关可选择串联的全控型功率器件或反向并联半控型器件组成；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥臂复用MMC宽电压范围调制方法，其特征在于，包括：桥臂复用MMC拓扑结构包括：复用子模块桥臂、常规子模块桥臂、三相开关桥和桥臂电感，所述复用子模块桥臂与三相开关桥并联，所述常规子模块桥臂分别对应三相开关桥的中间点，所述复用子模块桥臂包括上复用子模块桥臂和下复用子模块桥臂，所述任一相常规子模块桥臂包括上常规子模块桥臂和下常规子模块桥臂，方法包括以下步骤：所述复用子模块桥臂的电压为三倍工频周期调制，所述复用子模块桥臂被任一相常规子模块桥臂所复用，且共同整形所需电压；所述三相开关桥中任一相的上管和下管交替通断工作；任一相上三相开关桥的下管导通时，上复用子模块桥臂被上常规子模块桥臂复用，且上复用子模块桥臂在工频周期内能量平衡；任一相下三相开关桥臂的上管导通时，下复用子模块桥臂被下常规子模块桥臂复用，且下复用子模块桥臂在工频周期内能量平衡；当上复用子模块桥臂被任一相上常规子模块桥臂复用时，上常规子模块桥臂调制电压为正极直流电压与上复用子模块桥臂调制电压之差，且上常规子模块桥臂在工频周期能量平衡，当下复用子模块桥臂被任一相下常规子模块桥臂复用时，下常规子模块桥臂调制电压为下复用子模块桥臂电压与负极直流电压之差，且下常规子模块桥臂在工频周期能量平衡。2.根据权利要求1所述的一种桥臂复用MMC宽电压范围调制方法，其特征在于，所述任一相上三相开关桥和任一相下三相开关桥的上管与下管互补导通。3.根据权利要求2所述的一种桥臂复用MMC宽电压范围调制方法，其特征在于，所述任一相上三相开关桥和任一相下三相开关桥的工作状态如下：其中，γ为复用子模块桥臂能量平衡控制角，为j相的初相位，S
ju1
和S
ju2
分别为j相上三相开关桥上管和下管开关状态，S
jl1
和S
jl2
分别为j相下三相开关桥上管和下管的开关状态。4.根据权利要求3所述的一种桥臂复用MMC宽电压范围调制方法，其特征在于，当S
ju1
/S
ju2
＝1时，j相上三相开关桥上管/下管导通；当S
ju1
/S
ju2
＝0时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈武，兰建西，沈湛，王江峰，梅军，雷家兴，赵剑锋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：