基于不等式約束的輔助電容集中式單箝位mmc自均壓拓?fù)涞闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及柔性輸電領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于不等式約束的輔助電容集中式單巧 位MMC自均壓拓?fù)洹?br>【背景技術(shù)】
[0002] 模塊化多電平換流器MMC是未來直流輸電技術(shù)的發(fā)展方向，MMC采用子模塊級聯(lián) 的方式構(gòu)造換流閥，避免了大量器件的直接串聯(lián)，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(shù)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] 單巧位MMC由單巧位子模塊組合而成，每個單巧位子模塊由3個IGBT模塊，1個子 模塊電容，1個二極管及1個機械開關(guān)構(gòu)成，成本低，運行損耗小。
[0004] 與兩電平、=電平VSC不同，MMC的直流側(cè)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(lián)支撐。為了保證交流側(cè)電壓輸出的波形質(zhì)量和保證模 塊中各功率半導(dǎo)體器件承受相同的應(yīng)力，也為了更好的支撐直流電壓，減小相間環(huán)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(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)。
[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。首先，排序功能的實現(xiàn)必須依賴電容電壓的毫秒級采樣，需要大量的傳感器W 及光纖通道加W配合；其次，當(dāng)子模塊數(shù)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(shè)計帶來巨大挑戰(zhàn)；此外，排序均壓算法的實現(xiàn)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(guān)，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(fā)頻率，進(jìn)而帶來換流器損耗的增加。
[0006] 文獻(xiàn)"ADC-LinkVoltageSelf-BalanceMethodforaDiode-ClampedModular MultilevelConve;rterWithMinimumNumberofVoltageSensors",提出了一種依靠錯 位二極管和變壓器來實現(xiàn)MMC子模塊電容電壓均衡的思路。但該方案在設(shè)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(nèi)，沒能充分利用MMC的 既有結(jié)構(gòu)，=個變壓器的引入在使控制策略復(fù)雜化的同時也會帶來較大的改造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提出一種經(jīng)濟的，模塊化的，不依賴均壓算法， 同時能相應(yīng)降低子模塊觸發(fā)頻率和電容容值且具有直流故障巧位能力的單巧位MMC自均 壓拓?fù)洹?br>[0008] 本發(fā)明具體的構(gòu)成方式如下。
[0009] 基于不等式約束的輔助電容集中式單巧位MMC自均壓拓?fù)?，包括由A、B、CS相構(gòu) 成的單巧位MMC模型，A、B、C=相分別由2#^單巧位子模塊，2個橋臂電抗器串聯(lián)而成；包 括由6M、IGBT模塊，6 7^7個錯位二極管，4個輔助電容及2個輔助IGBT模塊構(gòu)成的自均 壓輔助回路。
[0010] 上述基于不等式約束的輔助電容集中式單巧位MMC自均壓拓?fù)?，A相上下橋臂，單 巧位子模塊中，二極管連接子模塊電容正極，IGBT模塊連接子模塊電容負(fù)極。A相上橋臂的 第1個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與A相上橋臂的第2個子模塊IGBT 模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向上與直流母線正極相連;A相上橋臂的第i個子 模塊，其中i的取值為2~，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與A相上橋臂的第 i+1個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第i-1個子 模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;A相上橋臂的第^子模塊，其子模塊二極管與IGBT 模塊聯(lián)結(jié)點向下經(jīng)兩個橋臂電抗器與與A相下橋臂的第1個子模塊IGBT模塊中點相連， 其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相 連；A相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~^1，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián) 結(jié)點向下與A相下橋臂的第i+1個子模塊IGBT模塊中點相連，其IGBT模塊中點向上與A 相下橋臂的第i-1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連;A相下橋臂的第#1^子模塊，其 子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與直流母線負(fù)極相連，其子模塊IGBT模塊中點向上 與A相下橋臂的第個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連。B相上下橋臂，單巧位子 模塊中，IGBT模塊連接子模塊電容正極，二極管連接子模塊電容負(fù)極。B相上橋臂的第1個 子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與直流母線正極相連，其子模塊IGBT模塊 中點向下與B相上橋臂的第2個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連；B相上橋臂的第i 個子模塊，其中J前取值為2~^1，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相上橋臂 的第i-1個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向下與B相上橋臂的第i+1 個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連；B相上橋臂的第^子模塊，其子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相上橋臂的第W個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT 模塊中點向下經(jīng)兩個橋臂電抗器與與B相下橋臂的第1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié) 點相連巧相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~^1，其子模塊二極管與IGBT模 塊聯(lián)結(jié)點向上與B相下橋臂的第i-1個子模塊IGBT模塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中 點向下與B相下橋臂的第i+1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連巧相下橋臂的第W 個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向上與B相下橋臂第個子模塊IGBT模 塊中點相連，其子模塊IGBT模塊中點向下與直流母線負(fù)極相連。C相上下橋臂子模塊的連 接方式可W與A相一致，也可W與B相一致。
[0011] 上述基于不等式約束的輔助電容集中式單巧位MMC自均壓拓?fù)?，其自均壓輔助回 路中，第一個輔助電容與第二個輔助電容通過錯位二極管并聯(lián)，第二個輔助電容正極連接 輔助IGBT模塊，第一個輔助電容負(fù)極連接錯位二極管并入直流母線正極；第=個輔助電容 與第四個輔助電容通過錯位二極管并聯(lián)，第=個輔助電容負(fù)極連接輔助IGBT模塊，第四個 輔助電容正極連接錯位二極管并入直流母線負(fù)極。錯位二極管，通過IGBT模塊連接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IGBT模塊連接A相上橋臂中第i 個子模塊電容與第i+1個子模塊電容正極，其中i的取值為1~;通過IGBT模塊連接 A相上橋臂中第^子模塊電容與A相下橋臂第1個子模塊電容正極；通過IGBT模塊連接 A相下橋臂中第i個子模塊電容與A相下橋臂第i+1個子模塊電容正極，其中i的取值為 1~;通過IGBT模塊連接A相下橋臂中第^子模塊電容與第S個輔助電容正極。錯 位二極管，通過IGBT模塊連接B相上橋臂中第1個子模塊電容與第二個輔助電容負(fù)極；通 過IGBT模塊連接B相上橋臂中第i個子模塊電容與第i+1個子模塊電容負(fù)極，其中i的取 值為1~;通過IGBT模塊連接B相上橋臂中第^子模塊電容與B相下橋臂第1個子 模塊電容負(fù)極；通過IGBT模塊連接B相下橋臂中第i個子模塊電容與B相下橋臂第i+1個 子模塊電容負(fù)極，其中i的取值為1~;通過IGBT模塊連接B相下橋臂中第#1^子模塊 電容與第四個輔助電容負(fù)極。C相錯位二極管的連接關(guān)系與其子模塊的連接關(guān)系相對應(yīng)。
【附圖說明】
[0012] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0013] 圖1是單巧位子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是基于不等式約束的輔助電容集中式單巧位MMC自均壓拓?fù)洹?br>【具體實施方式】
[0014] 為進(jìn)一步闡述本發(fā)明的性能與工作原理，W下結(jié)合附圖對對發(fā)明的構(gòu)成方式與工 作原理進(jìn)行具體說明。但基于該原理的單巧位MMC自均壓拓?fù)洳幌抻趫D2。
[0015] 參考圖2,基于不等式約束的輔助電容集中式單巧位MMC自均壓拓?fù)?，包括由A、B、C=相構(gòu)成的單巧位MMC模型，A、B、C=相分別由單巧位子模塊，2個橋臂電抗器串聯(lián) 而成；包括由6M、IGBT模塊，6 7^7個錯位二極管，4個輔助電容G、G、G、G，2個輔助IGBT 模塊7；、&構(gòu)成的自均壓輔助回路。
[0016] 單巧位MMC模型中，A相上下橋臂，單巧位子模塊中，二極管連接子模塊電容正極， IGBT模塊連接子模塊電容負(fù)極。A相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊 聯(lián)結(jié)點向下與A相上橋臂的第2個子模塊IGBT