一种改进的模块化多电平换流器基础电路制造技术

本发明专利技术公开了输配电技术领域的一种改进的模块化多电平换流器基础电路。其技术方案是，所述基础电路包括第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和H桥双开关电路。本发明专利技术应用于模块化多电平电压源换流器中，不仅可以实现直流电压的稳定和电容的平衡，而且减少了绝缘栅双极型晶体管IGBT数量和基础电路的数量，从而减少了换流站的占地面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于输配电
，尤其涉及一种改进的模块化多电平换流器基础电路。
技术介绍
模块化多电平换流器高压直流输电MMC-HVDC是电压源换流器高压直流输电VSC-HVDC在多电平领域的重要分支。与传统直流输电相比，电压源换流器高压直流输电VSC-HVDC具有以下主要优点(I)无需来自受端交流系统的换相电流，能够为无源网络供电；(2)能够实现有功和无功快速独立的控制，有功和无功可实现四象限运行；·(3)能够为交流系统提供快速的无功支持，起到静态同步补偿器STATC0M的作用，静态同步补偿器STATC0M是柔性交流输电系统FACTS的一个重要组成部分，可动态无功补m\-ΖΧ ο与两电平或三电平电压源换流器高压直流输电VSC-HVDC相比，模块化多电平换流器高压直流输电MMC-HVDC有以下主要优点( I)模块化设计，便于扩容；(2)开关频率较低，开关损耗较小，等效开关频率较高；(3)换流器交流侧出口电压谐波含量少，无需交流滤波器。鉴于模块化多电平换流器MMC拓扑具有以上优良特性，国内外在建或规划中的多电平电压源换流器高压直流输电VSC-HVDC系统大多采用模块化多电平换流器MMC拓扑，但是模块化多电平换流器MMC拓扑需要大量的绝缘栅双极型晶体管IGBT，当系统电压等级相同时，模块化多电平换流器MMC使用的绝缘栅双极型晶体管IGBT的数量是两电平电压源换流器的两倍。
技术实现思路
针对上面技术背景中描述的模块化多电平换流器高压直流输电MMC-HVDC中绝缘栅双极型晶体管IGBT的使用量方面存在的问题，本专利技术提出了一种改进的模块化多电平换流器基础电路。本专利技术的技术方案是，一种改进的模块化多电平换流器基础电路，其特征在于，所述基础电路包括第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和H桥双开关电路；其中，所述第一绝缘栅双极型晶体管与所述第一电容和第二电容串联后与第二绝缘栅双极型晶体管并联；所述第一二极管与所述第一绝缘栅双极型晶体管反并联，用于保护第一绝缘栅双极型晶体管；所述第二二极管与所述第二绝缘栅双极型晶体管反并联，用于保护第二绝缘栅双极型晶体管；所述H桥双开关电路分别与输出电压正极和第一电容的负极连接。所述H桥双开关电路包括第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管和第三绝缘栅双极型晶体管；所述第三二极管和第四二极管串联；所述第五二极管和第六二极管串联；所述第三二极管的负极分别与所述第六二极管的负极和第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述第四二极管的正极分别与所述第五二极管的正极和第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接；所述第三二极管的正极与输出端正极连接；所述第六二极管的正极与第一电容负极连接；所述H桥双开关电路用于实现H桥双开关电路双向导通。所述基础电路输出包括三种电平状态。所述基础电路包括四种运行状态。 本专利技术的有益效果是，一种改进的模块化多电平换流器基础电路应用于模块化多电平电压源换流器中，不仅可以实现直流电压的稳定和电容的平衡，而且减少了绝缘栅双极型晶体管IGBT数量和基础电路的数量，从而减少了换流站的占地面积。附图说明 图I是模块化多电平换流器MMC的典型拓扑图；图2是模块化多电平换流器高压直流输电MMC-HVDC中使用的半桥基础电路的电路图；图3是本专利技术提供的一种改进的模块化多电平换流器基础电路的电路图；图4是本专利技术提供的一种改进的模块化多电平换流器基础电路的电路图的等效图；图5是本专利技术提供的一种改进的模块化多电平换流器基础电路的不同工作状态的电流流动方向；其中，(a)表示运行模式I ;(b)表示运行模式2 ;(c)表示运行模式3 ;(d)表示运行模式4 ；图6是本专利技术提供的一种改进的模块化多电平换流器基础电路的输出电压图。其中，SMn-第η个基础电路；Ud。-模块化多电平换流器MMC直流电压；VTl-第一绝缘栅双极型晶体管；VT2-第二绝缘栅双极型晶体管；VD1-第一二极管；VD2-第二二极管；UC-电容电压；UsM-输出电压；isM-输出电流；VT3-第三绝缘栅双极型晶体管;C「第一电容；C2-第二电容；Ucl-第一电容仏的电压值；Uc2-第二电容(2的电压值。具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。图I是模块化多电平换流器MMC的典型拓扑图。图I中，模块化多电平电压源换流器(MMC)的拓扑结构，每相有上下两个桥臂，每个桥臂由η个基础电路组成。图2是模块化多电平换流器高压直流输电MMC-HVDC中使用的半桥基础电路的电路图。图2中，半桥基础电路是由两个绝缘栅双极型晶体管IGBT，两个二极管以及一个电容构成，单个基础电路输出的电压可以是电容电压Uc或者是0，因此能够输出1，0两种电平。如果要输出2，1，0三种电平，则需要两个基础电路共同作用，从而可以得出两个基础电路需要4块绝缘栅双极型晶体管。 图3是本专利技术提供的一种改进的模块化多电平换流器基础电路的电路图。图3中，本专利技术提供的基础电路包括第一绝缘栅双极型晶体管VT1、第二绝缘栅双极型晶体管VT2、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第一电容C1、第二电容C2和H桥双开关电路；所述第一绝缘栅双极型晶体管VTl与所述第一电容C1和第二电容C2串联后与第二绝缘栅双极型晶体管VT2反并联；所述第一二极管VDl与所述第一绝缘栅双极型晶体管VTl反并联，用于保护第一绝缘栅双极型晶体管VTl ;所述第二二极管VD2与所述第二绝缘栅双极型晶体管VT2反并联，用于保护第二绝缘栅双极型晶体管VT2 ;所述H桥双开关电路分别与输出电压UsM正极和第一电容C1负极连接；所述H桥双开关电路包括第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管和第三绝缘栅双极型晶体管VT3 ;所述第三二极管和第四二极管串联；所述第五二极管和第 六二极管串联；所述第三二极管的负极分别与所述第六二极管的负极和第三绝缘栅双极型晶体管VT3的集电极连接；所述第四二极管的正极分别与所述第五二极管的正极和第三绝缘栅双极型晶体管VT3的发射极连接；所述第三二极管的正极与输出端正极连接；所述第六二极管的正极与第一电容负极连接；所述H桥双开关电路用于实现H桥双开关电路双向导通。图4是本专利技术提供的一种改进的模块化多电平换流器基础电路的电路图的等效图。由于本专利技术中增加了 H桥双向开关电路，当第三绝缘栅双极型晶体管VT3导通时，半桥中间的线路无论电流的方向如何都会处于导通状态，因此该基础电路可以简化为图4。图5是本专利技术提供的一种改进的模块化多电平换流器基础电路的不同工作状态的电流流动方向图。本专利技术提供的基础电路共有四种运行状态(1) VT1，VT2，VT3均闭锁；(2)VTl开通，VT2和VT3均关断；(3) VT2开通，VTl和VT3均关断；(4) VT3开通，VTl和VT2均关断。现对该四种运行方式进行分析，运行模式(I):绝缘栅双极型晶体管VT1，VT2，VT3均处于闭锁状态，在正常状态下是不会出现该种状态的，不过当系统处于刚启动，或者是某些故障状态时三个绝缘栅双极型晶体管会闭锁。当电流从正母线方向交流输出端流动时，电流会从上面的各续流二极管VDl经过基础电路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的模块化多电平换流器基础电路，其特征在于，所述基础电路包括第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和H桥双开关电路；其中，所述第一绝缘栅双极型晶体管与所述第一电容和第二电容串联后与第二绝缘栅双极型晶体管并联；所述第一二极管与所述第一绝缘栅双极型晶体管反并联，用于保护第一绝缘栅双极型晶体管；所述第二二极管与所述第二绝缘栅双极型晶体管反并联，用于保护第二绝缘栅双极型晶体管；所述H桥双开关电路分别与输出电压正极和第一电容的负极连接。

【技术特征摘要】
1.一种改进的模块化多电平换流器基础电路，其特征在于，所述基础电路包括第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和H桥双开关电路； 其中，所述第一绝缘栅双极型晶体管与所述第一电容和第二电容串联后与第二绝缘栅双极型晶体管并联； 所述第一二极管与所述第一绝缘栅双极型晶体管反并联，用于保护第一绝缘栅双极型晶体管； 所述第二二极管与所述第二绝缘栅双极型晶体管反并联，用于保护第二绝缘栅双极型晶体管； 所述H桥双开关电路分别与输出电压正极和第一电容的负极连接。2.根据权利要求I所述的一种改进的模块化多电平换流器基础电路，其特征在于，所述H桥双开关电路包括第三二极管、第四二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵成勇，李路遥，翟晓萌，杨柳，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：