基于不等式約束的無輔助電容式半橋/單箝位混聯(lián)mmc自均壓拓撲的制作方法
【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無輔助電容式半橋/ 單巧位混聯(lián)MMC自均壓拓撲。
【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(Sub-module，SM)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] 半橋/單巧位混聯(lián)MMC由半橋子模塊及單巧位子模塊組合而成。半橋子模塊由2個 IGBT模塊，1個子模塊電容，1個晶閩管及1個機械開關(guān)構(gòu)成;單巧位子模塊由3個IGBT模塊、1 個子模塊電容，一個二極管及1個機械開關(guān)構(gòu)成。該混聯(lián)MMC，成本低，運行損耗小，同時能巧 位直流側(cè)故障。
[0004] 與兩電平、S電平VSC不同，半橋/單巧位混聯(lián)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半橋/單巧位混聯(lián)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(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 審IJ，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"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，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半橋/單巧位混聯(lián)MMC自均壓 拓撲。
[000引本發(fā)明具體的構(gòu)成方式如下。
[0009] 基于不等式約束的無輔助電容式半橋/單巧位混聯(lián)MMC自均壓拓撲，包括由A、B、C S相構(gòu)成的半橋MMC模型，A、B、CS相每個橋臂分別由K個半橋子模塊、N-K個單巧位子模塊 及1個橋臂電抗器串聯(lián)而成;包括由6N個輔助開關(guān)(服個機械開關(guān)，6N-服個IGBT模塊），6N+1 個錯位二極管組成的自均壓輔助回路。
[0010] 上述基于不等式約束的無輔助電容式半橋/單巧位混聯(lián)MMC自均壓拓撲，混聯(lián)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的正極，IGBT模塊連接子模 塊電容的負極。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-I，其子模塊電容負極向下與A相上橋臂的第i + 1個 子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第i-1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-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，其子模塊二極管 與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與A相上橋臂第j+1個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模 塊中點向上與第A相上橋臂第j-1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)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(lián)結(jié)點向下經(jīng)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，其子模塊IGBT模塊中點向上與A相上橋臂的第N-I個子模塊 二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)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+1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-1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-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，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點向下與A相下橋臂第j+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j-1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相 連接;A相下橋臂第N個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)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-I個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點相連接。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 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-I，其子模塊電容正極向上與B相上橋臂的第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相上橋臂的第i+1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模塊中點向下與財目上橋臂第K+1個子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)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IGBT模塊與二極管 聯(lián)結(jié)點向上與B相上橋臂第j-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j+1個子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)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(lián)結(jié)點向上與B相上橋臂第N-I個子模塊IGBT模塊中點相連接，其 子模塊IGBT模塊中點向下經(jīng)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-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-I個子模塊IGBT模塊中點相連接，其子模塊IGBT模塊中點向下與財目下橋臂第K+1個子 模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)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IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)點向上與B相下橋臂第j-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j+1個子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)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(lián)結(jié)點向上與財目下橋臂第N-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無輔助電容式半橋/單巧位混聯(lián)MMC自均壓拓撲，自均壓輔 助回路中，錯位二極管，通過輔助開關(guān)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~N-I;通過輔助開關(guān)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(guān)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~N-1。錯位二極管，通過輔助開關(guān)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-1;通過輔助開 關(guān)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(guān) 連接B相下橋臂中第i個子模塊電容