專利名稱: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?fù)涞闹谱鞣椒?br>【專利摘要】本實(shí)用新型提供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?fù)?。半?單箝位混聯(lián)MMC自均壓拓?fù)渲校霕?單箝位混聯(lián)MMC模型與自均壓輔助回路通過輔助回路中的6N個輔助開關(guān)發(fā)生電氣聯(lián)系，輔助開關(guān)閉合，兩者構(gòu)成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?fù)?，輔助開關(guān)打開，拓?fù)涞刃榘霕?單箝位混聯(lián)MMC拓?fù)?。在不?qiáng)調(diào)兩種拓?fù)洳町惖那闆r下，輔助開關(guān)中的6K個機(jī)械開關(guān)可以省略。該半橋/單箝位混聯(lián)MMC自均壓拓?fù)?，可以箝位直流?cè)故障，同時不依賴于專門的均壓控制，能夠在完成直交流能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，自發(fā)地實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓的均衡，此外可以相應(yīng)降低子模塊觸發(fā)頻率和電容容值，實(shí)現(xiàn)MMC的基頻調(diào)制。
【專利說明】
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?fù)?br>技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及柔性輸電領(lǐng)域，具體涉及一種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?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(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(kuò)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/單箝位混聯(lián)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(jī)械開關(guān)構(gòu)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(jī)械開關(guān)構(gòu)成。該混聯(lián)MMC，成本低，運(yùn)行損耗小，同時能箝 位直流側(cè)故障。
[0004] 與兩電平、三電平VSC不同，半橋/單箝位混聯(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(dú)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/單箝位混聯(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(shí)現(xiàn)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(dāng)子模塊數(shù)目增加時，電容電壓排序的運(yùn)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(shí)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(shí)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)"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(shí)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)，三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。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 針對上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提出一種經(jīng)濟(jì)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箝位能力的半橋/單箝位混聯(lián)MMC自 均壓拓?fù)洹?br>[0008] 本實(shí)用新型具體的構(gòu)成方式如下。
[0009] 基于不等式約束的無輔助電容式半橋/單箝位混聯(lián)MMC自均壓拓?fù)洌ㄓ葾、B、C 三相構(gòu)成的半橋MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由J個半橋子模塊、# -ΛΓ個單箝位子模 塊及1個橋臂電抗器串聯(lián)而成；包括由6#個輔助開關(guān)(6J個機(jī)械開關(guān)，6# -6J個IGBT模 塊），6# +1個鉗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/單箝位混聯(lián)MMC自均壓拓?fù)?，混?lián)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的正極，IGBT模塊連接子模 塊電容的負(fù)極。A相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊電容負(fù)極向下與A相上橋臂的第2個子 模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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~J-1，其子模塊電容負(fù)極向下與A相上橋臂的第i + 1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相上橋臂的第i -1個子模 塊電容負(fù)極相連接;A相上橋臂的第個半橋子模塊，其子模塊電容負(fù)極向下與A相上橋臂 的第+1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相上橋臂的第J -1個子模塊電容負(fù)極相連接;A相上橋臂的第J個子模塊，其中J的取值為J +2~# -1，其子 模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下與A相上橋臂第J +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其 子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連 接;A相上橋臂第#個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下經(jīng)兩個橋臂電抗器Z 〇 與A相下橋臂的第1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相上橋 臂的第# -1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連接;A相下橋臂的第i個子模塊，其中i 的取值為2~J -1，其子模塊電容負(fù)極向下與A相下橋臂第i +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連 接，其IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相下橋臂第i -1個子模塊電容負(fù)極相連接;A相下橋臂的第J 個子模塊，其子模塊電容負(fù)極向下與第A相下橋臂第I +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其 子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相下橋臂第J -1個子模塊電容負(fù)極相連接;A相下橋臂第J個 子模塊，其中J的取值為足+2~jV-Ι，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下與A相下橋臂 第J +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連接;A相下橋臂第#個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié) 點(diǎn)向下與直流母線負(fù)極相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相下橋臂的第# -1個子模 塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)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(fù)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(diǎn)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~J-1，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(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與B相上橋臂 的第i +1個子模塊電容正極相連接;B相上橋臂的第個子模塊，其子模塊電容正極向上與 B相上橋臂的第J -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與B相上橋 臂第+1個子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連接;B相上橋臂的第J個子模塊，其中J的 取值為+2~# -1，其子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相上橋臂第J -1個子模塊 IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連接;B相上橋臂第#個子模塊，其子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上 與B相上橋臂第# -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下經(jīng)兩個橋 臂電抗器I 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~J-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(diǎn) 相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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I個子模塊，其子模塊電容正極向上與B相下橋臂第I -1個子模塊IGBT模塊中 點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連接;B相下橋臂第J個子模塊，其中J的取值為J +2~# -1，其子模塊IGBT模塊與 二極管聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相下橋臂第J -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊 中點(diǎn)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(diǎn)相連接;B相下橋臂第#個 子模塊，其子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相下橋臂第#-1個子模塊IGBT模塊中 點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與直流母線負(fù)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/單箝位混聯(lián)MMC自均壓拓?fù)?，自均壓輔 助回路中，鉗位二極管，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~# -1;通過輔助開關(guān)連接A相上橋臂中第#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~#-1。鉗位二極管，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(fù)極，其中i的取值為1~# -1;通過輔助開關(guān)連接B相上橋臂中第#個子模塊電容與B相下橋臂第1個子模塊電容的負(fù) 極;通過輔助開關(guān)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個子模塊電容的 負(fù)極，其中i的取值為1~# -1。同時鉗位二極管，通過輔助開關(guān)連接A相上橋臂第一個子模 塊電容與B相上橋臂第一個子模塊電容負(fù)極;通過輔助開關(guān)連接A相下橋臂第jV個子模塊電 容與B相下橋臂第#個子模塊電容正極。C相鉗位二極管的連接關(guān)系與其子模塊的連接關(guān)系 相對應(yīng)。
【附圖說明】

[0012] 圖1是半橋子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是單箝位子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3是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?fù)洹?br>【具體實(shí)施方式】
[0015] 為進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的性能與工作原理，以下結(jié)合附圖對對實(shí)用新型的構(gòu)成 方式與工作原理進(jìn)行具體說明。但基于該原理的半橋/單箝位混聯(lián)MMC自均壓拓?fù)洳幌抻趫D 3〇
[0016] 參考圖3,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?fù)洌?由A、B、C三相構(gòu)成的半橋/單箝位混聯(lián)MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由J個半橋子模 塊、# -ΛΓ個單箝位子模塊及1個橋臂電抗器串聯(lián)而成;包括由6#個輔助開關(guān)(6ΛΓ個機(jī)械開 關(guān)，6# -6J個IGBT模塊），6# +1個鉗位二極管組成的自均壓輔助回路。
[0017] 半橋/單箝位混聯(lián)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 電容的正極，IGBT模塊連接子模塊電容的負(fù)極。A相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊電容C -au-j負(fù)極向下與A相上橋臂的第2個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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~J-1，其子模 塊電容C-u負(fù)極向下與A相上橋臂的第i +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT 模塊中點(diǎn)向上與A相上橋臂的第i -1個子模塊電容負(fù)極相連接;A相上橋臂的第J個 半橋子模塊，其子模塊電容極向下與A相上橋臂的第J +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連 接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相上橋臂的第-1個子模塊電容C-au-_H負(fù)極相連接;A 相上橋臂的第J個子模塊，其中J的取值為+2~# -1，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié) 點(diǎn)向下與A相上橋臂第J +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連接;A相上橋臂第#個子模塊， 其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下經(jīng)兩個橋臂電抗器Z 〇與A相下橋臂的第1個子模塊 IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相上橋臂的第# -1個子模塊二極管 與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連接;A相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~J-1，其子模塊 電容負(fù)極向下與A相下橋臂第i +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其IGBT模塊中點(diǎn)向 上與A相下橋臂第i -1個子模塊電容C-ai-_i-i負(fù)極相連接;A相下橋臂的第J個子模塊，其子 模塊電容極向下與第A相下橋臂第J +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊 IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相下橋臂第J -1個子模塊電容負(fù)極相連接;A相下橋臂第J個 子模塊，其中J的取值為足+2~jV-Ι，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下與A相下橋臂 第J +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連接;A相下橋臂第#個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié) 點(diǎn)向下與直流母線負(fù)極相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相下橋臂的第# -1個子模 塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)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(fù)極，上橋臂的第1個子模塊，其子模塊電容C- bu-_i正極向 上與直流母線正極相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與B相上橋臂的第2個子模塊電容 C-bu-_2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~J-1，其子模塊電容 C-bu-_,正極向上與B相上橋臂的第i -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中 點(diǎn)向下與B相上橋臂的第i +1個子模塊電容C-bu-_i+1正極相連接;B相上橋臂的第J個子模 塊，其子模塊電容C- bu-_A正極向上與B相上橋臂的第J -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其 子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與B相上橋臂第+1個子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連接;B 相上橋臂的第J個子模塊，其中J的取值為+2~# -1，其子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié) 點(diǎn)向上與B相上橋臂第J -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連接;B相上橋臂第#個子模塊，其子 模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相上橋臂第# -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其 子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下經(jīng)兩個橋臂電抗器Z 〇與B相下橋臂的第1個子模塊電容Cbi-j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~J-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(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與B相下 橋臂的第i +1個子模塊電容C~bi-_i+i正極相連接;B相下橋臂的第J個子模塊，其子模塊電 容Cbij正極向上與B相下橋臂第J -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中 點(diǎn)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(diǎn)相連接;B相下橋臂第J個子 模塊，其中J的取值為+2~# -1，其子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相下橋臂第 J -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連接;B相下橋臂第tV個子模塊，其子模塊IGBT模塊與二極 管聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相下橋臂第#-1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn) 向下與直流母線負(fù)極相連接。C相上下橋臂子模塊的連接方式與A相一致。
[0018] 自均壓輔助回路中，鉗位二極管，通過輔助開關(guān)Jm、Jau_G+1)2連接A相上橋臂中 第i個子模塊電容與第i +1個子模塊電容的正極，其中i的取值為1~ΛΓ-1; 通過輔助開關(guān)J^au_ffi、raU_i+l連接A相上橋臂中第J個子模塊電容<^ au-_A·與第J+1個子模塊 電容C-au_i+i正極;通過輔助開關(guān)rau_y、r au_>i連接A相上橋臂中第J個子模塊電容與 第J+1個子模塊電容C-au-j +1的正極，其中J的取值為J +1~# -1;通過輔助開關(guān) Jal_12連接A相上橋臂中第jV個子模塊電容C-au_#A相下橋臂第1個子模塊電容正極； 通過輔助開關(guān)J^al_i2、Jal_(i+1)2連接A相下橋臂中第i個子模塊電容C al-_i與第i +1個子模 塊電容eal__i+1的正極，其中i的取值為1~j -1;通過輔助開關(guān)X al A2、r al i+1連接A相下橋 臂中第J個子模塊電容C_al-_A與第J+1個子模塊電容C_al-_i+l正極;通過輔助開關(guān)falj、 Γ〇1連接A相下橋臂中第個子模塊電容Cal」與第+1個子模塊電容的正極，其 中J的取值為尤+1~# -1。鉗位二極管，通過輔助開關(guān)尤bU』、JbU_G+1)2連接B相上橋臂中第 i個子模塊電容c-bu-」與第i +1個子模塊電容C-bu-」+1負(fù)極，其中i的取值為1~J-1;通過 輔助開關(guān)尤bu_i2、rbu_i+l連接B相上橋臂中第J個子模塊電容C_bu-_A與第J+1個子模塊電 容Cu +1負(fù)極;通過輔助開關(guān)rbu」、rbu_J+1連接B相上橋臂中第個子模塊電容C-bu-j# 第J +1個子模塊電容C-bu-」+1負(fù)極，其中J的取值為J +1~# -1;通過輔助開關(guān)rbu』Jbi_12 連接B相上橋臂中第#個子模塊電容C-bu-j與B相下橋臂中第1個子模塊電容C-bi_i負(fù)極;通 過輔助開關(guān)J^bi_i2、Jbi_(i+1)2連接B相下橋臂中第i個子模塊電容C_bi-_i與第i +1個子模塊 電容C-bi-_i+1負(fù)極，其中i的取值為1~J -1;通過輔助開關(guān)Jbm、rbi_An連接B相下橋臂中 第J個子模塊電容C_bl_i與第J +1個子模塊電容C_bl-_AH負(fù)極;通過輔助開關(guān)TbljJblj+l連 接B相下橋臂中第個子模塊電容C-bi-j與第+1個子模塊電容C-bi_>i負(fù)極，其中的取值 為J +1~# -1。同時鉗位二極管，通過輔助開關(guān)Jbu_i2連接A相上橋臂第一個子模塊電容 C-au-_i與B相上橋臂第一個子模塊電容C-bu-_i負(fù)極;通過輔助開關(guān)7/ι_λ連接A相下橋臂第# 個子模塊電容C-aij與B相下橋臂第jV個子模塊電容6Ηι-_λ正極。C相鉗位二極管的連接關(guān)系 與Α相一致。
[0019] 正常情況下，自均壓輔助回路中6#個輔助開關(guān)Iu_, 2、I u 2、Au」2、A u 2、 lu-i2、li-i2、fau j、Ai j、fbu j、fbi j、fcu j、fci j常閉，其中 i 的取值為1~J，j· 的取值為ΛΓ+1~見A相上橋臂第i個子模塊電容C-au-」旁路時，其中i的取值為2~#，子 模塊電容C- au-_,與子模塊電容C-au-_M通過鉗位二極管并聯(lián);A相下橋臂第一個子模塊電容 C_al_l旁路時，子模塊電容C_al-_1通過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器Z 0與子模塊電容C-au-j 并聯(lián);A相下橋臂第i個子模塊電容C-ai_i旁路時，其中i的取值為2~jV，子模塊電容C-ai-_i 與子模塊電容C-al_H通過鉗位二極管并聯(lián)。
[0020] 正常情況下，自均壓輔助回路中6#個輔助開關(guān)Au J 2、1」2、Jb2、h 1 _, 2、 lu-i2、Xci -i2、rau j、rai j、rbu j、fbi j、rcu j、fci j 常閉，其中 i 的取值為1~J，j· 的取值為ΛΓ +1~#，B相上橋臂第i個子模塊電容C-bUy旁路時，其中i的取值為1~#-1， 子模塊電容C- bu-_,與子模塊電容^^^通過鉗位二極管并聯(lián);B相上橋臂第#個子模塊電 容C_bu_A^路時，子模塊電容Cbu-jifi過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器Z 0與子模塊電容C-bl-_l 并聯(lián);B相下橋臂第i個子模塊電容C_bi_i旁路時，其中i的取值為1~jV-1，子模塊電容 Cbi-_i與子模塊電容C_bi_i+i通過鉗位二極管并聯(lián)。
[0021] 在直交流能量轉(zhuǎn)換的過程中，各個子模塊交替投入、旁路，A、B相上下橋臂間電容 電壓在鉗位二極管的作用下，滿足下列約束： LrCau_l UC3U_2... ^ UcsaN^ UcslJ t/Cai_2 - - - ：-5; f-7Csi^V
[0022] Lfcb?_l -? Ucbu_2. -.. -5 UcbiJ ^zUcMjl.，. -?
[0023] 依靠跨在A、B相間的兩個鉗位二極管，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?fù)渲?，子模塊電容C- au-_i與子模塊電容C-bu-_i的電壓之間，子模塊電容 Cal-j與子模塊電容C_bl_A^電壓之間存在下列不等式約束；
[0024] -? Ucbn_l U(M_N
[0025] 由此可知，半橋/單箝位混聯(lián)MMC在完成直交流能量轉(zhuǎn)換的動態(tài)過程中，滿足下面 的約束條件：
[0026] Ι->.·;;?Β i^Cal #:?；5 Ucl? I>^????Ι.^ν .... '、·， SV. - -Λ% *.V. ,V·- ,W ' ' -
[0027] C、B相間的約束條件與A、B相間的約束條件一致。
[0028] 由上述具體說明可知，該半橋/單箝位混聯(lián)麗C拓?fù)渚邆渥幽K電容電壓自均衡能力。 [0029]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:所描述的實(shí)施例僅是本申請一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí) 施例?；诒旧暾堉械膶?shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得 的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項】
1. 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?fù)?，其特征在?包 括由A、B、C三相構(gòu)成的半橋/單箝位混聯(lián)MMC模型，A、B、C三相每個橋臂分別由J個半橋子模 塊、jV 個單箝位子模塊及1個橋臂電抗器串聯(lián)而成；包括由6J個機(jī)械開關(guān)，6# - 6ΛΓ個IGBT模塊組成的輔助開關(guān)，6 # +1個鉗位二極管構(gòu)成的自均壓輔助回路。2. 根據(jù)權(quán)利1所述的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，其特征在于:A相上下橋臂，單箝位子模塊中，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(fù)極;A相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊電容C- a u 負(fù)極向下與A相上 橋臂的第2個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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~J-1，其子模塊電容C- au-^負(fù)極向下 與A相上橋臂的第i +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相上 橋臂的第-1個子模塊電容負(fù)極相連接;A相上橋臂的第J個半橋子模塊，其子模塊 電容賀極向下與A相上橋臂的第J +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模 塊中點(diǎn)向上與A相上橋臂的第J -1個子模塊電容C-au-_fi負(fù)極相連接;A相上橋臂的第J個 子模塊，其中J的取值為+2~# -1，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下與A相上橋臂 第J +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與第A相上橋臂第-1 個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連接;A相上橋臂第#個子模塊，其子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下經(jīng)兩個橋臂電抗器Z 〇與A相下橋臂的第1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連 接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相上橋臂的第# -1個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn) 相連接;A相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~J-1，其子模塊電容C- ai-_i負(fù)極向 下與A相下橋臂第i +1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相下橋臂第 i -1個子模塊電容C-al-_i-1負(fù)極相連接;A相下橋臂的第J個子模塊，其子模塊電容 極向下與第A相下橋臂第奸1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與 A相下橋臂第J -1個子模塊電容C-al-_A·-!負(fù)極相連接;A相下橋臂第J個子模塊，其中J的取 值為尤+2~jV -1，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下與A相下橋臂第J +1個子模塊 IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連接;A相下橋臂第#個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下與直流母 線負(fù)極相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相下橋臂的第# -1個子模塊二極管與IGBT 模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)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(fù)極，上橋臂的第1個子模塊，其子模塊電容C-bu-^正極向上與直流母線正 極相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與B相上橋臂的第2個子模塊電容C bu-_2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~J-1，其子模塊電容C-bu-j正極向上與B相 上橋臂的第i -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與B相上橋臂 的第+1個子模塊電容C_bu-_i+i正極相連接;B相上橋臂的第I個子模塊，其子模塊電容 C-bu-_A正極向上與B相上橋臂的第J -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中 點(diǎn)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(diǎn)相連接;B相上橋臂的第J個 子模塊，其中J的取值為+2~# -1，其子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相上橋臂 第J-1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連接;B相上橋臂第#個子模塊，其子模塊IGBT模塊與二極 管聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相上橋臂第#-1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn) 向下經(jīng)兩個橋臂電抗器Z 0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~J-1，其子模塊電容Cbi_i正極向上與B相下橋臂的第i -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與B相下橋臂的第i +1個子模 塊電容C-bi-_i+i正極相連接;B相下橋臂的第J個子模塊，其子模塊電容Cbi_A正極向上與B相 下橋臂第-1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連接;B相下橋臂第J個子模塊，其中J的取值為J +2~# -1，其子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相下橋臂第J -1個子模塊IGBT模塊 中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連接;B相下橋臂第#個子模塊，其子模塊IGBT模塊與二極管聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相下 橋臂第# -1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連接，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與直流母線負(fù)極相 連接;C相上下橋臂子模塊的連接方式可以與A相一致，也可以與B相一致；由于單箝位子模 塊的存在，半橋子模塊上下輸出線之間不必要配置晶閘管;故A、B、C相上下橋臂子模塊的上 下輸出線之間并聯(lián)有機(jī)械開關(guān)尤 au_i 1、J^al_il、J^bu_il、J^bl_il、J^cu_il、J^cl_il Jauj、 tljJbujjbljJcujjcl j，其中i的取值為1~J，J的取值為J+l~;上述連接 關(guān)系構(gòu)成的A、B、C三相地位一致。3.根據(jù)權(quán)利1所述的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，其特征在于:鉗位二極管，通過輔助開關(guān)Xau2、Jau_G+m連接A相上橋臂中第i個子模 塊電容f au_」與第i +1個子模塊電容fau_」+1的正極，其中i的取值為1~j -1;通過輔助開 關(guān)Jau_i2、rau_i+1連接A相上橋臂中第J個子模塊電容C- au-_A·與第J +1個子模塊電容 C_au_AH正極;通過輔助開關(guān)rau_j、rau_>i連接A相上橋臂中第J個子模塊電容與第+ 1個子模塊電容C au-」+i的正極，其中J的取值為尤+1~# -1;通過輔助開關(guān)Γauai_12連 接A相上橋臂中第#個子模塊電容C- au_〃與A相下橋臂第1個子模塊電容Cai-j正極;通過輔 助開關(guān)Li_i2、Jai_(i+O2連接A相下橋臂中第i個子模塊電容與第i +1個子模塊電容 Giy+ι的正極，其中i的取值為1~J -1;通過輔助開關(guān)Jn rai_i+i連接A相下橋臂中第J 個子模塊電容C_al-_A與第J +1個子模塊電容C_al-_AH正極;通過輔助開關(guān)7/?」·、Γ〇1連接A 相下橋臂中第J個子模塊電容Calj與第J +1個子模塊電容的正極，其中J的取值 為尤+1~#-1;鉗位二極管，通過輔助開關(guān)尤1)11_〗2、尤1)11_(〗+1)2連接13相上橋臂中第？個子模塊 電容C- bu-_,與第i +1個子模塊電容c-bu-_i+1負(fù)極，其中i的取值為1~J -1;通過輔助開關(guān) hU_A2、rbu_m連接B相上橋臂中第J個子模塊電容C-bu-_A與第J +1個子模塊電容6^-_糾負(fù) 極;通過輔助開關(guān)rbu+^rbuj+i連接B相上橋臂中第J個子模塊電容C_bu-_7與第J +1個子模 塊電容C-bu-」+1負(fù)極，其中J的取值為J +1~# -1;通過輔助開關(guān)rbu』Jbi_12連接B相上橋 臂中第jV個子模塊電容C-bu-j與B相下橋臂中第1個子模塊電容C-bi_i負(fù)極;通過輔助開關(guān) Jbi_i2、Jbi_(i+1)2連接B相下橋臂中第i個子模塊電容C_bi-_i與第i +1個子模塊電容C_bi-_i+i 負(fù)極，其中i的取值為1~尤-1;通過輔助開關(guān)Ibi_ffi、rbi_i+i連接B相下橋臂中第J個子模 塊電容C_bi_i與第J +1個子模塊電容C_bi-_i+i負(fù)極;通過輔助開關(guān)TbijJbij+i連接B相下橋 臂中第個子模塊電容C-bi-j與第J +1個子模塊電容C-bi_J+1負(fù)極，其中J的取值為+ 1~ # -1;同時鉗位二極管，通過輔助開關(guān)j^bu_12連接A相上橋臂第一個子模塊電容C-au-_l與B相 上橋臂第一個子模塊電容C_bu-_1負(fù)極;通過輔助開關(guān)Τ/ι_Λ連接A相下橋臂第jV個子模塊電 容C-alj與B相下橋臂第jV個子模塊電容6Ηι-_λ正極;C相鉗位二極管的連接關(guān)系與其子模塊 的連接關(guān)系相對應(yīng)；上述A、B、C三相中6#個輔助開關(guān)Xau_i2、Jal_i2、Jbu_i2、Jbl_i2、 Jcu」2、li J2、rau j、ra i j、rb u j、rb i j、rcu j、rc i j，其中 i 的取值為 1 ~u的取值 為ΛΓ+1~#，6#+l個鉗位二極管，共同構(gòu)成自均壓輔助回路。4.根據(jù)權(quán)利1所述的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，其特征在于：正常情況時，自均壓輔助回路中6#個輔助開關(guān)Am Jal」2、Am 尤 bl -i2、J^Tcu -i2、J^Tcl -i2、fau j、fal j、fbu j、幾 1 j、feu j、fc 1 j，常閉，其中 i 的取值 為1~ΛΓ的取值為尤+1~#;故障情況時，6#-6尤個輔助開關(guān)7〇^1」、7^7、 7^、7^、7^斷開，其中7的取值為尤+1~#;正常情況下4相上橋臂第'個子模塊電 容C- au-」旁路時，其中i的取值為2~#，子模塊電容C-au-」與子模塊電容C-au-」-^過鉗位 二極管并聯(lián);A相下橋臂第一個子模塊電容C- aij旁路時，子模塊電容C-ai-j通過鉗位二極 管、兩個橋臂電抗器Z Q與子模塊電容C-au-_A并聯(lián);A相下橋臂第i個子模塊電容C_al_i旁路 時，其中i的取值為2~#，子模塊電容C- ai-_,與子模塊電容C-m通過鉗位二極管并聯(lián);B 相上橋臂第i個子模塊電容C-bu-_,旁路時，其中i的取值為1~# -1，子模塊電容C-bu-j與 子模塊電容C_bu-_i+i通過鉗位二極管并聯(lián);B相上橋臂第#個子模塊電容C-bu_A^路時，子模 塊電容fb U-_Aai過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器z 〇與子模塊電容chi-」并聯(lián);b相下橋臂第i 個子模塊電容C-bi_i旁路時，其中i的取值為1~jV -1，子模塊電容C-bi-_i與子模塊電容 C~bi_i+i通過鉗位二極管并聯(lián)；同時A相上橋臂第1個子模塊電容C-au-_i投入時，子模塊電容 C-au-_i與子模塊電容C_bu-_i通過鉗位二極管并聯(lián);B相下橋臂第#個子模塊電容6Ηι_λ投入 時，子模塊電容C- al-^與子模塊電容Cbl_A通過鉗位二極管并聯(lián);在直交流能量轉(zhuǎn)換的過程 中，各個子模塊交替投入、旁路，A相上下橋臂子模塊電容電壓在鉗位二極管的作用下，滿足 下列約束，"C-au_l^ "C-au_2…多"C-au+A^ "C-al+l^ "C-al_2…多"C-al+A^B相上下橋臂子模塊電 容電壓在鉗位二極管的作用下，滿足下列約束，"C-bu_l< " C-bu_2··· < " C-bu_A^ " C-bl_l< 依靠跨在Α、Β相間的兩個鉗位二極管，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?fù)渲?，子模塊電容c- au-_i與子模塊電容C_bu-_1的電壓之間，子 模塊電容C-al-J與子模塊電容C-bl_A|H]電壓之間存在下列不等式約束，i/c-au_l<i/c-bu_l， U C-al_N^ U C-hl_N/ 基于該不等式約束，A、B相上下橋臂中4#個子模塊電容，Cau_,、Cal^、 Cbu_i、Cbi_i，其中i取值為1~#，的電壓處于自平衡狀態(tài)，拓?fù)銩、B相間具備子模塊電容電 壓自均衡能力;若拓?fù)渲蠧相的構(gòu)成形式與A相一致，則C、B相間電容電壓的約束條件與A、B 之間電容電壓約束條件一致;若拓?fù)渲蠧相的構(gòu)成形式與B相一致，則A、C相間電容電壓的約 束條件與A、B之間電容電壓約束條件一致，拓?fù)渚邆渥幽K電容電壓自均衡能力。
【文檔編號】H02M7/487GK205725506SQ201620068885
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年1月25日
【發(fā)明人】趙成勇, 劉航, 許建中
【申請人】華北電力大學(xué)