基于等式約束的輔助電容分布式半橋/全橋混聯mmc自均壓拓撲的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及柔性輸電領域，具體涉及一種基于等式約束的輔助電容分布式半橋/ 全橋混聯MMC自均壓拓撲。
【背景技術】
[0002] 模塊化多電平換流器MMC是未來直流輸電技術的發展方向，MMC采用子模塊(Sub-module，SM)級聯的方式構造換流閥，避免了大量器件的直接串聯，降低了對器件一致性的 要求，同時便于擴容及冗余配置。隨著電平數的升高，輸出波形接近正弦，能有效避開低電 平VSC-HVDC的缺陷。
[0003] 半橋/全橋混聯MMC由半橋和全橋子模塊組合而成，半橋子模塊結構簡單，成本低， 運行損耗小，全橋子模塊具有直流故障箝位能力。
[0004] 與兩電平、三電平VSC不同，麗C的直流側電壓并非由一個大電容支撐，而是由一系 列相互獨立的懸浮子模塊電容串聯支撐。為了保證交流側電壓輸出的波形質量和保證模塊 中各功率半導體器件承受相同的應力，也為了更好的支撐直流電壓，減小相間環流，必須保 證子模塊電容電壓在橋臂功率的周期性流動中處在動態穩定的狀態。
[0005] 基于電容電壓排序的排序均壓算法是目前解決MMC中子模塊電容電壓均衡問題的 主流思路，但是也在不斷地暴露著它的一些固有缺陷。首先，排序功能的實現必須依賴電容 電壓的毫秒級采樣，需要大量的傳感器以及光纖通道加以配合;其次，當子模塊數目增加 時，電容電壓排序的運算量迅速增大，為控制器的硬件設計帶來巨大挑戰;此外，排序均壓 算法的實現對子模塊的開斷頻率有很高的要求，開斷頻率與均壓效果緊密相關，在實踐過 程中，可能因為均壓效果的限制，不得不提高子模塊的觸發頻率，進而帶來換流器損耗的增 加。
[0006] 文獻"A DC-Link Voltage Self-Balance Method for a Diode-Clamped Modular Multilevel Converter With Minimum Number of Voltage Sensors"，提出了一 種依靠鉗位二極管和變壓器來實現MMC子模塊電容電壓均衡的思路。但該方案在設計上一 定程度破壞了子模塊的模塊化特性，子模塊電容能量交換通道也局限在相內，沒能充分利 用MMC的既有結構，三個變壓器的引入在使控制策略復雜化的同時也會帶來較大的改造成 本。
【發明內容】
[0007] 針對上述問題，本發明的目的在于提出一種經濟的，模塊化的，不依賴均壓算法， 同時能相應降低子模塊觸發頻率和電容容值且具有直流故障箝位能力的半橋/全橋混聯 MMC自均壓拓撲。
[0008] 本發明具體的構成方式如下。
[0009] 基于等式約束的輔助電容分布式半橋/全橋混聯MMC自均壓拓撲，包括由A、B、C三 相構成的半橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由K個半橋子模塊、N-K個全橋子模塊及1個 橋臂電抗器串聯而成;包括由6N個輔助開關(6K個機械開關，6N-6K個IGBT模塊），6N+7個鉗 位二極管，4個輔助電容，4個輔助IGBT模塊組成的自均壓輔助回路。
[0010]上述基于等式約束的輔助電容分布式半橋/全橋混聯MMC自均壓拓撲，A相上橋臂 的第1個子模塊，其子模塊電容負極向下與A相上橋臂的第2個子模塊IGBT模塊中點相連接， 其子模塊IGBT模塊中點向上與直流母線正極相連接；A相上橋臂的第i個子模塊，其中i的 取值為2~K-I，其子模塊電容負極向下與A相上橋臂的第i + Ι個子模塊IGBT模塊中點相連 接，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第i-Ι個子模塊電容負極相連接;A相上橋臂 的第K個半橋子模塊，其子模塊電容負極向下與A相上橋臂的第K+1個子模塊一個IGBT模塊 中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第K-I個子模塊電容負極相連接;A 相上橋臂的第j個子模塊，其中j的取值為K+2~N-I，其子模塊一個IGBT模塊中點向下與A相 上橋臂第j+Ι個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向上與第A相上橋臂 第j-Ι個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;A相上橋臂第N個子模塊，其子模塊一個IGBT模塊 中點向下經兩個橋臂電抗器Lo與A相下橋臂的第1個子模塊IGBT模塊中點相連接，另一個 IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第N-I個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;A相下橋臂的 第i個子模塊，其中i的取值為2~K-I，其子模塊電容負極向下與A相下橋臂第i+Ι個子模塊 IGBT模塊中點相連接，其IGBT模塊中點向上與A相下橋臂第i-Ι個子模塊電容負極相連接;A 相下橋臂的第K個子模塊，其子模塊電容負極向下與第A相下橋臂第K+1個子模塊一個IGBT 模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相下橋臂第K-I個子模塊電容負極相連 接;A相下橋臂第j個子模塊，其中j的取值為K+2~N-I，其子模塊一個IGBT模塊中點向下與A 相下橋臂第j+Ι個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點向上與A相下橋臂 第j_l個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;A相下橋臂第N個子模塊一個IGBT模塊中點向下 與直流母線負極相連接，另一個IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第N-I個子模塊一個IGBT 模塊中點相連接。B相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊電容正極向上與直流母線正極相連 接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂的第2個子模塊電容正極相連接;B相上橋臂的 第i個子模塊，其中i的取值為2~K-I，其子模塊電容正極向上與B相上橋臂的第i-Ι個子模 塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂的第i+Ι個子模塊電容正 極相連接;B相上橋臂的第K個子模塊，其子模塊電容正極向上與B相上橋臂的第K-I個子模 塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂第K+1個子模塊一個IGBT 模塊中點相連接;B相上橋臂的第j個子模塊，其中j的取值為K+2~N-I，其子模塊一個IGBT 模塊中點向上與B相上橋臂第j-Ι個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊中點 向下與B相上橋臂第j+Ι個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;B相上橋臂第N個子模塊，其子 模塊一個IGBT模塊中點向上與B相上橋臂第N-I個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個 IGBT模塊中點向下經兩個橋臂電抗器Lo與B相下橋臂的第1個子模塊電容正極相連接;B相 下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~K-I，其子模塊電容正極向上與B相下橋臂的第i-1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相下橋臂的第i +1個子模 塊電容正極相連接;B相下橋臂的第K個子模塊，其子模塊電容正極向上與B相下橋臂第K-I 個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相下橋臂第K+1個子模塊一 個IGBT模塊中點相連接;B相下橋臂第j個子模塊，其中j的取值為K+2~N-I，其子模塊一個 IGBT模塊中點向上與B相下橋臂第j-1個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另一個IGBT模塊 中點向下與B相下橋臂第j+Ι個子模塊一個IGBT模塊中點相連接;B相下橋臂第N個子模塊， 其子模塊一個IGBT模塊中點向上與B相下橋臂第N-I個子模塊一個IGBT模塊中點相連接，另 一個IGBT模塊中點向下與直流母線負極相連接。C相上下橋臂子模塊的連接方式與A相或B 相一致。
[0011]自均壓輔助回路中，第一個輔助電容正極連接輔助IGBT模塊負極連接鉗位二極管 并入直流母線正極;第二個輔助電容負極連接輔助IGBT模塊正極連接鉗位二極管并入直流 母線負極;第三個輔助電容正極連接輔助IGBT模塊負極連接鉗位二極管并入直流母線正 極，第四個輔助電容負極連接輔助IGBT模塊正極連接鉗位二極管并入直流母線負極。鉗位 二極管，通過輔助開關連接A相上橋臂中第1個子模塊電容與第一個輔助電容正極;通過輔 助開關連接A相上橋臂中第i個子模塊電容與第i+Ι個子模塊電容正極，其中i的取值為1~ N-I;通過輔助開關連接A相上橋臂中第N個子模塊電容與A相下橋臂第1個子模塊電容正極； 通過輔助開關連接A相下橋臂中第i個子模塊電容與A相下橋臂第i+Ι個子模塊電容正極，其 中i的取值為1~N-I;通過輔助開關連接A相下橋臂中第N個子模塊電容與第二個輔助電容 正極。鉗位二極管，通過輔助開關連接B相上橋臂中第1個子模塊電容與第一個輔助電容的 負極;通過輔助開關連接B相上橋臂中第i個子模塊電容與第i+1個子模塊電容的負極，其中 i的取值為1~N-I;通過輔助開關連接B相上橋臂中第N個子模塊電容與B相下橋臂第1個子 模塊電容的負極;通過輔助開關連接B相下橋臂中第i個子模塊電容與B相下橋臂第i+Ι個子 模塊電容的負極，其中i的取值為1~N-1;通過輔助開關連接B相下橋臂中第N個子模塊電容 與第二個輔助電容的負極。C相子模塊的連接關系與A相一致時，C相上下橋臂中子模塊間鉗 位二極管的連接方式與A相一致，同時第三個輔助電容正極經機械開關、鉗位二極管連接C 相上橋臂第一個子模塊電容正極，第三個輔助電容負極經機械開關、鉗位二極管連接B相上 橋臂第一個子模塊電容負極，第四個輔助電容正極經機械開關、鉗位二極管連接C相下橋臂 第N個子模塊電容正極，第四個輔助電容負極經機械開關、鉗位二極管連接B相下橋臂第N個 子模塊電容負極;C相子模塊的連接關系與B相一致時，C相上下橋臂中子模塊間鉗位二極管 的連接方式與B相一致，同時第三個輔助電容負極經機械開關、鉗位二極管連接C相上橋臂 第一個子模塊電容負極，第三個輔助電容正極經機械開關、鉗位二極管連接A相上橋臂第一 個子模塊電容正極，第四個輔助電容負極經機械開關、鉗位二極管連接C相下橋臂第N個子 模塊電容負極，第四個輔助電容正極經機械開關、鉗位二極管連接A相下橋臂第N個子模塊 電容正極。
【附圖說明】
[0012] 下面結合附圖對本發明進一步說明。