適用于低調(diào)制比應(yīng)用的分叉結(jié)構(gòu)模塊化多電平變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中柔性直流輸電、電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種適用 于低調(diào)制比應(yīng)用的分叉結(jié)構(gòu)模塊化多電平變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 模塊化多電平變換器（modularmultilevelconverter，MMC)廣泛應(yīng)用在柔性直 流輸電領(lǐng)域，是一種適用于高壓大功率應(yīng)用的電力電子變換器，可擴(kuò)展性強(qiáng)，具有較高的可 靠性，子模塊中功率開關(guān)的電壓應(yīng)力小，具有較多的電平數(shù)，輸出電能質(zhì)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(tǒng)MMC 在應(yīng)用時(shí)往往調(diào)制比接近于1，即交流電壓幅值接近直流電壓一半。當(dāng)調(diào)制比遠(yuǎn)低于1時(shí)， 即交流電壓幅值原小于直流電壓一半時(shí)，雖然從原理上MMC依然可以正常運(yùn)行，但是交流 輸入電流幅值遠(yuǎn)大于直流輸出電流，導(dǎo)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(guān)器件，而傳統(tǒng)MMC的橋臂串聯(lián)結(jié)構(gòu)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(diào)制比導(dǎo)致較大的橋臂交流電流，增加了MMC子模塊電容電壓的波 動(dòng)，子模塊需要選取較大的電容來減小電容電壓紋波，從而進(jìn)一步增加了變換器的體積和 成本，損耗也增加。綜上所述，當(dāng)傳統(tǒng)MMC在低調(diào)制比應(yīng)用時(shí)，功率器件總?cè)萘俊p耗和電容 總量大幅增加，使得體積和成本都較高。
[0004] 經(jīng)檢索，"模塊組合多電平變換器的研究綜述"，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，第33卷，第6 期，2013。其MMC的橋臂由子模塊串聯(lián)構(gòu)成，常應(yīng)用在調(diào)制比接近于1的場(chǎng)合，當(dāng)調(diào)制比減 小時(shí)，橋臂電流和電容電壓波動(dòng)均會(huì)增大，導(dǎo)致?lián)p耗增加，并需要選取較大的功率器件和較 大子模塊電容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種適用于低調(diào)制比應(yīng)用的分叉結(jié) 構(gòu)模塊化多電平變換器，每個(gè)橋臂組由3個(gè)分支橋臂構(gòu)成，兩組交流交流電源通過錯(cuò)相連 接到各個(gè)橋臂組，通過控制分支橋臂的合成電壓來控制交流側(cè)電壓；在傳輸同等功率時(shí)，每 個(gè)分支橋臂中的基頻交流電流為傳統(tǒng)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(tǒng)MMC的調(diào)制與 電壓均壓控制也適用于分叉結(jié)構(gòu)MMC。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種適用于低調(diào)制比應(yīng)用的分叉結(jié)構(gòu)模塊化多電平 變換器，所述分叉結(jié)構(gòu)模塊化多電平變換器由六個(gè)橋臂組和對(duì)應(yīng)的橋臂電感組成，六個(gè)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(duì)應(yīng)的下橋臂組通過橋臂電感串聯(lián)，串聯(lián)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(diǎn)引出作為交流連接端；
[0007] 每個(gè)橋臂組由第一、第二、第三分支橋臂構(gòu)成，第一、第二、第三分支橋臂通過一個(gè) 公共點(diǎn)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(duì)應(yīng)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(lián)；
[0008] 所述分叉結(jié)構(gòu)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(gè)橋臂組中錯(cuò)相連接。
[0009] 優(yōu)選地，所述分叉結(jié)構(gòu)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(wěn)定性并控制交流側(cè)電流。具體的：
[0010] 所述第一分支橋臂與第二分支橋臂產(chǎn)生相同的直流電壓，第一分支橋臂與第三分 支橋臂產(chǎn)生的直流電壓之和等于直流側(cè)總電壓的一半；在每個(gè)橋臂組中，第一分支橋臂與 第三分支橋臂產(chǎn)生的交流電壓之和對(duì)第一分支橋臂的交流電流進(jìn)行控制，第二分支橋臂與 第三分支橋臂產(chǎn)生的交流電壓之和對(duì)第二分支橋臂的交流電流進(jìn)行控制。
[0011] 優(yōu)選地，每個(gè)所述分支橋臂的電壓調(diào)制方法包括載波移相PffM調(diào)制、最近電平逼 近調(diào)制或其他適用于常規(guī)MMC的調(diào)制方法，同時(shí)傳統(tǒng)MMC中的各種電壓平衡策略也完全適 用于所述分叉結(jié)構(gòu)MMC。
[0012] 優(yōu)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(diào)制比，即分支橋臂的產(chǎn)生直流電壓與變換器直 流側(cè)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(diào)制比，即分 支橋臂的產(chǎn)生的交流電壓與變換器直流側(cè)總電壓之比；&為分支橋臂中基頻電流幅值；爐 為分支橋臂產(chǎn)生的交流電壓與對(duì)應(yīng)的交流電源電壓的相位差；Y為功率因數(shù)角。
[0015] 優(yōu)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(gè)半橋結(jié)構(gòu)子 模塊串聯(lián)構(gòu)成。
[0016] 優(yōu)選地，所述兩組三相交流電源來自于同一個(gè)交流電源，或者來自于兩個(gè)獨(dú)立的 交流電源。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0018] 1)適用于調(diào)制度較低的應(yīng)用，各分支橋臂中的基頻交流電流為傳統(tǒng)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??；
[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(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0023] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例分叉結(jié)構(gòu)MCC示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的兩組交流輸出電流的仿真效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0026] 如圖1所示，本實(shí)施例提供一種適用于低調(diào)制比應(yīng)用的分叉結(jié)構(gòu)MMC，所述分叉結(jié) 構(gòu)MMC的具體參數(shù)如下：
[0027] 額定功率KMW，每個(gè)分支橋臂中有10個(gè)子模塊，每個(gè)子模塊電容額定電壓為 2500V，橋臂電感200yH，交流側(cè)濾波電感為ImH;各分支橋臂采用載波移相調(diào)制，載波頻率 為200Hz，直流側(cè)電壓為50000V;兩組交流電壓由同一個(gè)交流電源提供，交流側(cè)線電壓有效 值為15000V，頻率為50Hz;變換器按照單位功率因數(shù)運(yùn)行。
[0028] 本實(shí)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