基于不等式約束的輔助電容集中式半橋/單箝位混聯mmc自均壓拓撲的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及柔性輸電領域，具體涉及一種基于不等式約束的輔助電容集中式半 橋/單箝位混聯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(fā)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/單箝位混聯MMC由半橋子模塊及單箝位子模塊組合而成。半橋子模塊由2個 IGBT模塊，1個子模塊電容，1個晶閘管及1個機械開關構成;單箝位子模塊由3個IGBT模塊、1 個子模塊電容，一個二極管及1個機械開關構成。該混聯MMC，成本低，運行損耗小，同時能箝 位直流側故障。
[0004] 與兩電平、三電平VSC不同，半橋/單箝位混聯MMC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(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半橋/單箝位混聯MMC中子模塊電 容電壓均衡問題的主流思路。但是，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(zhàn);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(fā)頻率，進而帶來換流器損耗的增加。
[0006]文獻"ADC-LinkVoltageSelf-BalanceMethodforaDiode-Clamped ModularMultilevelConverterWithMinimumNumberofVoltageSensors"，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(fā)明內容】

[0007]針對上述問題，本發(fā)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(fā)頻率和電容容值且具有直流故障箝位能力的半橋/單箝位混聯 MMC自均壓拓撲。
[0008] 本發(fā)明具體的構成方式如下。
[0009]基于不等式約束的輔助電容集中式半橋/單箝位混聯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個單箝位子模塊 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，2個輔助IGBT模塊組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半橋/單箝位混聯MMC自均壓拓撲，混聯 MMC模型中，A相上下橋臂，單箝位子模塊中，二極管連接子模塊電容正極，IGBT模塊連接子 模塊電容負極。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-1，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-1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-1，其子模塊二極管 與IGBT模塊聯結點向下與A相上橋臂第j+Ι個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模 塊中點向上與第A相上橋臂第j-Ι個子模塊二極管與IGBT模塊聯結點相連接;A相上橋臂第N 個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯結點向下經兩個橋臂電抗器L〇與A相下橋臂的第1 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N-1個子模塊 二極管與IGBT模塊聯結點相連接;A相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~K-1，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-1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-1，其子模塊二極管與IGBT模塊聯結點向下與A相下橋臂第j+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相下橋臂第j-Ι個子模塊二極管與IGBT模塊聯結點相 連接;A相下橋臂第N個子模塊二極管與IGBT模塊聯結點向下與直流母線負極相連接，其子 模塊IGBT模塊中點向上與A相下橋臂的第N-1個子模塊二極管與IGBT模塊聯結點相連接。B 相上下橋臂，單箝位子模塊中，IGBT模塊連接子模塊電容正極，二極管連接子模塊電容負 極，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-1，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-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相上橋臂第K+1個子模塊IGBT模塊與二極管聯結點 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-1，其子模塊IGBT模塊與二極管 聯結點向上與B相上橋臂第j-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相上橋臂第j+Ι個子模塊IGBT模塊與二極管聯結點相連接;B相上橋臂第N個子模塊，其 子模塊IGBT模塊與二極管聯結點向上與B相上橋臂第N-1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其 子模塊IGBT模塊中點向下經兩個橋臂電抗器L〇與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-1，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-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相下橋臂第K+1個子 模塊IGBT模塊與二極管聯結點相連接;B相下橋臂第j個子模塊，其中j的取值為K+2~N-1， 其子模塊IGBT模塊與二極管聯結點向上與B相下橋臂第j-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相下橋臂第j+Ι個子模塊IGBT模塊與二極管聯結點相連接； B相下橋臂第N個子模塊，其子模塊IGBT模塊與二極管聯結點向上與B相下橋臂第N-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] 上述基于不等式約束的輔助電容集中式半橋/單箝位混聯MMC自均壓拓撲，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鉗位二極管并聯，第二個輔助電容正 極連接輔助IGBT模塊第一個輔助電容負極連接鉗位二極管并入直流母線正極;第三個輔助 電容與第四個輔助電容通過鉗位二極管并聯，第三個輔助電容負極連接輔助IGBT模塊第四 個輔助電容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-1;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-1;通過輔助開 關連接A相下橋臂中第N個子模塊電容與第三個輔助電容正極。鉗位二極管，通過輔助開關 連接B相上橋臂中第1個子模塊電容與第二個輔助電容的負極;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+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