適用于低調制比應用的分叉結構模塊化多電平變換器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統中柔性直流輸電、電力電子技術領域，具體地，涉及一種適用 于低調制比應用的分叉結構模塊化多電平變換器。
【背景技術】
[0002] 模塊化多電平變換器（modularmultilevelconverter，MMC)廣泛應用在柔性直 流輸電領域，是一種適用于高壓大功率應用的電力電子變換器，可擴展性強，具有較高的可 靠性，子模塊中功率開關的電壓應力小，具有較多的電平數，輸出電能質量較高。
[0003] 理論上MMC可以將電壓較低的交流電源連接到電壓較高的直流電源，但傳統MMC 在應用時往往調制比接近于1，即交流電壓幅值接近直流電壓一半。當調制比遠低于1時， 即交流電壓幅值原小于直流電壓一半時，雖然從原理上MMC依然可以正常運行，但是交流 輸入電流幅值遠大于直流輸出電流，導致橋臂電流較大，因此需要選取具有較大額定電流 的電力電子開關器件，而傳統MMC的橋臂串聯結構使得整體功率器件的容量需要大幅增 加；另一方面，較低的調制比導致較大的橋臂交流電流，增加了MMC子模塊電容電壓的波 動，子模塊需要選取較大的電容來減小電容電壓紋波，從而進一步增加了變換器的體積和 成本，損耗也增加。綜上所述，當傳統MMC在低調制比應用時，功率器件總容量、損耗和電容 總量大幅增加，使得體積和成本都較高。
[0004] 經檢索，"模塊組合多電平變換器的研究綜述"，中國電機工程學報，第33卷，第6 期，2013。其MMC的橋臂由子模塊串聯構成，常應用在調制比接近于1的場合，當調制比減 小時，橋臂電流和電容電壓波動均會增大，導致損耗增加，并需要選取較大的功率器件和較 大子模塊電容。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種適用于低調制比應用的分叉結 構模塊化多電平變換器，每個橋臂組由3個分支橋臂構成，兩組交流交流電源通過錯相連 接到各個橋臂組，通過控制分支橋臂的合成電壓來控制交流側電壓；在傳輸同等功率時，每 個分支橋臂中的基頻交流電流為傳統MMC橋臂電流的一半，減小了所需功率器件的額定電 流，減小了整體損耗和整體功率器件容量，也減小了子模塊電容的總量。傳統MMC的調制與 電壓均壓控制也適用于分叉結構MMC。
[0006] 為實現以上目的，本發明提供一種適用于低調制比應用的分叉結構模塊化多電平 變換器，所述分叉結構模塊化多電平變換器由六個橋臂組和對應的橋臂電感組成，六個橋 臂組分別為第一上橋臂組、第一下橋臂組、第二上橋臂組、第二下橋臂組、第三上橋臂組、第 三下橋臂組，各上橋臂組與對應的下橋臂組通過橋臂電感串聯，串聯后各橋臂組整體連接 到公共直流母線，上橋臂與下橋臂通過橋臂電感連接點引出作為交流連接端；
[0007] 每個橋臂組由第一、第二、第三分支橋臂構成，第一、第二、第三分支橋臂通過一個 公共點呈星型連接，其中第三分支橋臂連接到直流母線，第一分支橋臂與第二分支橋臂分 別通過橋臂電感與對應的上橋臂組或下橋臂組的第一分支橋臂與第二分支橋臂串聯；
[0008] 所述分叉結構模塊化多電平變換器的輸入功率由兩組三相交流電源輸入，第一組 三相交流電源的A、B、C相表示為UA1、UB1、Ua，第二組三相交流電源的A、B、C相表示為UA2、 UB2、Ue2，其中：UA1與UB2接入到第一橋臂組，UB1與Ue2接入到第二橋臂組，U"與UA2接入到第 三橋臂組，即兩路交流輸入在每個橋臂組中錯相連接。
[0009] 優選地，所述分叉結構模塊化多電平變換器通過控制分支橋臂的電壓來維持分支 橋臂能量的穩定性并控制交流側電流。具體的：
[0010] 所述第一分支橋臂與第二分支橋臂產生相同的直流電壓，第一分支橋臂與第三分 支橋臂產生的直流電壓之和等于直流側總電壓的一半；在每個橋臂組中，第一分支橋臂與 第三分支橋臂產生的交流電壓之和對第一分支橋臂的交流電流進行控制，第二分支橋臂與 第三分支橋臂產生的交流電壓之和對第二分支橋臂的交流電流進行控制。
[0011] 優選地，每個所述分支橋臂的電壓調制方法包括載波移相PffM調制、最近電平逼 近調制或其他適用于常規MMC的調制方法，同時傳統MMC中的各種電壓平衡策略也完全適 用于所述分叉結構MMC。
[0012] 優選地，所述分支橋臂中的交流電壓除需要滿足電壓合成需求，還需要滿足能量 平衡條件，以維持分支橋臂中的能量平衡：
[0013]
[0014] 式中：md。為分支橋臂的直流分量調制比，即分支橋臂的產生直流電壓與變換器直 流側總電壓之比；i為分支橋臂中的直流電流值；ma。為分支橋臂的交流分量調制比，即分 支橋臂的產生的交流電壓與變換器直流側總電壓之比；&為分支橋臂中基頻電流幅值；爐 為分支橋臂產生的交流電壓與對應的交流電源電壓的相位差；Y為功率因數角。
[0015] 優選地，所述第一分支橋臂、第二分支橋臂、第三分支橋臂均由若干個半橋結構子 模塊串聯構成。
[0016] 優選地，所述兩組三相交流電源來自于同一個交流電源，或者來自于兩個獨立的 交流電源。
[0017] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0018] 1)適用于調制度較低的應用，各分支橋臂中的基頻交流電流為傳統MMC的一半；
[0019] 2)變換器整體損耗減小
[0020] 3)功率器件整體容量減小；
[0021] 4)變換器電容總量減小。
【附圖說明】
[0022] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯：
[0023] 圖1為本發明一實施例分叉結構MCC示意圖；
[0024] 圖2為本發明一實施例的兩組交流輸出電流的仿真效果圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明 的保護范圍。
[0026] 如圖1所示，本實施例提供一種適用于低調制比應用的分叉結構MMC，所述分叉結 構MMC的具體參數如下：
[0027] 額定功率KMW，每個分支橋臂中有10個子模塊，每個子模塊電容額定電壓為 2500V，橋臂電感200yH，交流側濾波電感為ImH;各分支橋臂采用載波移相調制，載波頻率 為200Hz，直流側電壓為50000V;兩組交流電壓由同一個交流電源提供，交流側線電壓有效 值為15000V，頻率為50Hz;變換器按照單位功率因數運行。
[0028] 本實施例中，所述各橋臂組按照次序分別記為：上橋臂組1，下橋臂組1，上橋臂組 2,下橋臂組2,上橋臂組3,下