一種具備零直流電壓故障穿越能力的mmc及其設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具備零直流電壓故障穿越能力的MMC及其設(shè)計(jì)方法。綜合半橋子模塊成本低、運(yùn)行效率高及全橋子模塊可輸出負(fù)電平的優(yōu)勢(shì)，采用本發(fā)明所提出的零直流電壓故障穿越方案，根據(jù)半橋子模塊與全橋子模塊額定電壓，并結(jié)合MMC直流側(cè)額定電壓及交流側(cè)相電壓峰值，計(jì)算出半橋和全橋子模塊配置個(gè)數(shù)；得到的MMC可在保證其能實(shí)現(xiàn)零直流電壓故障穿越的前提下，有效降低變換器成本及提高變換器的運(yùn)行效率。本發(fā)明提出的技術(shù)方案并不局限于半橋子模塊和全橋子模塊的組合，還可以是半橋子模塊和其它能在非閉鎖狀態(tài)下輸出正、負(fù)及零三類電平的子模塊的組合，比如交叉連接雙半橋子模塊。
【專利說(shuō)明】一種具備零直流電壓故障穿越能力的MMC及其設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多電平電力電子變換器【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種具備零直流電壓故障穿越能力的MMC及其設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，憑借開關(guān)器件無(wú)動(dòng)靜態(tài)均壓?jiǎn)栴}及運(yùn)行效率高等優(yōu)勢(shì)，模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter, MMC)已成為高壓大功率變換器尤其是高壓直流輸電換流器的首要選擇。在高壓直流輸電領(lǐng)域，尤其是基于架空線路的電能傳輸時(shí)，基于MMC的換流站往往要面臨較大概率的直流側(cè)短路故障狀況。傳統(tǒng)的MMC設(shè)計(jì)方法所有的子模塊拓?fù)渚嗤?。?jīng)典的由半橋子模塊構(gòu)成的MMC(Half Bridge Sub-module麗C，H-MMC)雖具有成本低及運(yùn)行效率高的優(yōu)勢(shì)，但不具備直流側(cè)故障的隔離能力，會(huì)將直流側(cè)短路故障轉(zhuǎn)換為交流側(cè)短路故障。為使MMC具備直流閉鎖能力，又先后出現(xiàn)了由全橋子模塊構(gòu)成的 MMC(Full Bridge Sub-module MMC, F-MMC)以及由甜位雙子模塊構(gòu)成的 MMC (ClampingDouble Sub-module MMC, C-MMC)。三種MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別如圖1至圖3所示。為使半橋子模塊具備負(fù)電平輸出能力，又出現(xiàn)了交叉連接雙半橋子模塊，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。
[0003]為實(shí)現(xiàn)MMC整體性能的提高，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法要求各子模塊拓?fù)渚淖儯瑥亩鴮?dǎo)致MMC的成本上升，運(yùn)行效率下降。例如，當(dāng)功率等級(jí)相同時(shí)，F(xiàn)-MMC的單位成本較H-MMC提高約15%，F(xiàn)-MMC及C-MMC的通態(tài)損耗較H-MMC增大近70%及35%。此外，直流側(cè)短路故障尤其是零直流電壓短路故障期間，直流閉鎖能力雖可清除直流側(cè)短路故障，但無(wú)法向電網(wǎng)注入無(wú)功以支撐電網(wǎng)電壓。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種具備零直流電壓故障穿越能力的MMC及其設(shè)計(jì)方法，得到的MMC可在保證其能實(shí)現(xiàn)零直流電壓故障穿越的前提下，有效降低變換器成本及提高變換器的運(yùn)行效率。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種具備零直流電壓故障穿越能力的MMC的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006](I)確定MMC由兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的子模塊組成，分別表示為第一子模塊和第二子模塊；其中，第一子模塊確定為半橋子模塊，以降低MMC的設(shè)計(jì)成本及提高其運(yùn)行效率；第二子模塊需滿足如下條件:能在非閉鎖狀態(tài)下輸出正、負(fù)及零三類電平，使MMC具備零直流電壓穿越能力；
[0007](2)確定零直流電壓故障穿越方案；
[0008]其中，穿越方案遵循以下原則:所有半橋子模塊均旁路，同相上、下橋臂的第二子模塊總輸出電壓等大反相，下橋臂第二子模塊總輸出電壓為該相瞬時(shí)電壓值，同橋臂第二子模塊只能輸出正電平及零電平，或者負(fù)電平及零電平；
[0009]第二子模塊投切原則滿足如下條件:(Al)需追加投入子模塊時(shí)，如果當(dāng)前橋臂電流對(duì)子模塊中電容充電，應(yīng)投入原處于切除狀態(tài)的電壓較低的第二子模塊；反之，應(yīng)投入原處于切除狀態(tài)的電壓較高的第二子模塊；(A2)需追加切除子模塊時(shí)，如果當(dāng)前橋臂電流對(duì)子模塊電容充電，應(yīng)切除原處于投入狀態(tài)的電壓較高的第二子模塊；反之，應(yīng)切除原處于投入狀態(tài)的電壓較低的第二子模塊；
[0010](3)根據(jù)步驟(2)確定的零直流電壓故障穿越方案，確定第一子模塊和第二子模塊的個(gè)數(shù)，以使得MMC在可實(shí)現(xiàn)零直流電壓故障穿越的同時(shí)成本最低及運(yùn)行效率最高，完成MMC的設(shè)計(jì)；
[0011]其中，半橋子模塊的個(gè)數(shù)滿足如下條件:單橋臂中半橋子模塊總投入電壓為直流側(cè)額定電壓與交流側(cè)相電壓峰值之差；第二子模塊的個(gè)數(shù)滿足如下條件:單橋臂中第二子模塊最大總投入電壓為交流相電壓的峰值。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟(3)中，在電壓調(diào)制系數(shù)為I時(shí)，如果半橋子模塊的額定電壓與第二子模塊的額定電壓比值為1:1，則半橋子模塊與第二子模塊的個(gè)數(shù)比為1:1，半橋子模塊個(gè)數(shù)為直流側(cè)額定電壓與半橋子模塊額定電壓比值的一半；如果半橋子模塊的額定電壓與第二子模塊的額定電壓比值為1:2，則半橋子模塊與第二子模塊的個(gè)數(shù)比為2:1，半橋子模塊個(gè)數(shù)為直流側(cè)額定電壓與半橋子模塊額定電壓比值的三分之二。
[0013]優(yōu)選地，所述第二子模塊為全橋子模塊或交叉連接雙半橋子模塊。
[0014]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用上述方法設(shè)計(jì)的模塊化多電平變換器。
[0015]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:綜合半橋子模塊成本低、運(yùn)行效率高及全橋子模塊可輸出負(fù)電平的優(yōu)勢(shì)，采用本發(fā)明所提出的零直流電壓故障穿越方案，根據(jù)半橋子模塊與全橋子模塊額定電壓，并結(jié)合MMC直流側(cè)額定電壓及交流側(cè)相電壓峰值，計(jì)算出半橋和全橋子模塊配置個(gè)數(shù)；得到的MMC可在保證其能實(shí)現(xiàn)零直流電壓故障穿越的前提下，有效降低變換器成本及提高變換器的運(yùn)行效率。本發(fā)明提出的技術(shù)方案并不局限于半橋子模塊和全橋子模塊的組合，還可以是半橋子模塊和其它能在非閉鎖狀態(tài)下輸出正、負(fù)及零三類電平的子模塊的組合，比如交叉連接雙半橋子模塊。顯然，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的MMC還具備非零直流電壓故障的穿越能力。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是H-MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2是F-MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖3是C-MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖4是交叉連接雙半橋子模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖5是采用本發(fā)明實(shí)施例1的MMC的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)零直流電壓故障穿越的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖6是MMC在零直流電壓故障穿越下的等效電路；
[0022]圖7是采用本發(fā)明實(shí)施例2的MMC的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)零直流電壓故障穿越的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例的MMC的設(shè)計(jì)方法包括如下步驟:
[0025](I)確定MMC由兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的子模塊組成，分別表示為第一子模塊和第二子模塊，其中，第一子模塊確定為半橋子模塊，以降低MMC的設(shè)計(jì)成本及提高其運(yùn)行效率，第二子模塊需滿足如下條件:能在非閉鎖狀態(tài)下輸出正、負(fù)及零三類電平，以使MMC具備零直流電壓穿越能力。
[0026]具體地，第二子模塊為全橋子模塊或交叉連接雙半橋子模塊。
[0027](2)確定零直流電壓故障穿越方案。
[0028]具體地，穿越方案遵循以下原則:所有半橋子模塊均旁路，同相上、下橋臂的第二子模塊總輸出電壓等大反相，下橋臂第二子模塊總輸出電壓為該相瞬時(shí)電壓值，同橋臂第二子模塊只能輸出正電平及零電平，或者負(fù)電平及零電平。
[0029]第二子模塊投切原則滿足如下條件:(Al)需追加投入子模塊時(shí)，如果當(dāng)前橋臂電流對(duì)子模塊中電容充電，應(yīng)投入原處于切除狀態(tài)的電壓較低的第二子模塊；反之，應(yīng)投入原處于切除狀態(tài)的電壓較高的第二子模塊；(A2)需追加切除子模塊時(shí)，如果當(dāng)前橋臂電流對(duì)子模塊電容充電，應(yīng)切除原處于投入狀態(tài)的電壓較高的第二子模塊；反之，應(yīng)切除原處于投入狀態(tài)的電壓較低的第二子模塊。
[0030](3)根據(jù)步驟(2)確定的零直流電壓故障穿越方案，確定第一子模塊和第二子模塊的個(gè)數(shù)，以使得MMC在可實(shí)現(xiàn)零直流電壓故障穿越的同時(shí)成本最低及運(yùn)行效率最高，完成MMC的設(shè)計(jì)。
[0031]具體地，半橋子模塊的個(gè)數(shù)滿足如下條件:單橋臂中半橋子模塊總投入電壓為直流側(cè)額定電壓與交流側(cè)相電壓峰值之差；第二子模塊的個(gè)數(shù)滿足如下條件:單橋臂中第二子模塊最大總投入電壓為交流相電壓的峰值。
[0032]具體地，在電壓調(diào)制系數(shù)為I時(shí)，如果半橋子模塊的額定電壓與第二子模塊的額定電壓比值為1:1，則半橋子模塊與第二子模塊的個(gè)數(shù)比為1:1，半橋子模塊個(gè)數(shù)為直流側(cè)額定電壓與半橋子模塊額定電壓比值的一半；如果半橋子模塊的額定電壓與第二子模塊的額定電壓比值為1:2，則半橋子模塊與第二子模塊的個(gè)數(shù)比為2:1，半橋子模塊個(gè)數(shù)為直流側(cè)額定電壓與半橋子模塊額定電壓比值的三分之二。
[0033]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的模塊化多電平變換器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0034]實(shí)施例1
[0035]MMC的設(shè)計(jì)方法包括如下步驟:
[0036](I)為降低MMC的設(shè)計(jì)成本及提高其運(yùn)行效率，選取半橋子模塊作為MMC的第一子模塊；為使MMC具備零直流電壓穿越能力，選取能在非閉鎖狀態(tài)下輸出負(fù)電平的全橋子模塊作為MMC的第二子模塊。形成的MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。
[0037](2)確定零直流電壓故障穿越方案。其中，穿越方案遵循如下原則:所有的半橋子模塊均旁路，忽略交流電流在橋臂的阻抗，同相上、下橋臂的全橋子模塊總輸出電壓等大反相，下橋臂全橋子模塊總輸出電壓為當(dāng)前交流側(cè)相電壓瞬時(shí)值，其等效電路如圖6所示；同橋臂全橋子模塊只能輸出正電平及零電平，或者負(fù)電平及零電平。為保證故障穿越期間全橋子模塊電壓均衡，全橋子模塊投切原則滿足如下條件=(Al)需追加投入子模塊時(shí)，如果當(dāng)前橋臂電流對(duì)子模塊中電容充電，應(yīng)投入原處于切除狀態(tài)的電壓較低的全橋子模塊；反之，應(yīng)投入原處于切除狀態(tài)的電壓較高的全橋子模塊；(A2)需追加切除子模塊時(shí)，如果當(dāng)前橋臂電流對(duì)子模塊電容充電，應(yīng)切除原處于投入狀態(tài)的電壓較高的全橋子模塊；反之，應(yīng)切除原處于投入狀態(tài)的電壓較低的全橋子模塊。
[0038](3)為使設(shè)計(jì)的MMC在可實(shí)現(xiàn)零直流電壓故障穿越的同時(shí)成本最低及運(yùn)行效率最高，半橋子模塊與全橋子模塊的個(gè)數(shù)需滿足特定關(guān)系，且該關(guān)系與兩種模塊額定電壓的比值有關(guān)。
[0039]在半橋子模塊的額定電壓與全橋子模塊的額定電壓相同時(shí)，半橋子模塊和全橋子模塊的配置個(gè)數(shù)的計(jì)算過(guò)程如下。
[0040]不考慮冗余，假設(shè)橋臂中半橋子模塊及全橋子模塊個(gè)數(shù)分別為m、η ;正常工作時(shí)半橋子模塊的額定輸出電壓為Uc0，交流側(cè)調(diào)制系數(shù)M為I，直流側(cè)電壓用Vd。表示，交流側(cè)相電壓峰值用Um表示，則有
[0041]L =\?^ = ^υ?0(I)
2 2
[0042]采用步驟(2)中所述的穿越方案時(shí)，MMC橋臂的最大可輸出電壓Vni為
[0043]Vm = nUc0(2)
[0044]為保證MMC能在任意時(shí)刻實(shí)現(xiàn)直流側(cè)零電壓穿越，需要保證直流短路故障期間，Vm滿足
[0045]Vm 彡 Um(3)
[0046]結(jié)合式⑴?(3)可得
[0047]n ^ m(4)
[0048]因?yàn)閙與η的加和應(yīng)等于Vd。與Uetl的比值，根據(jù)式(4)求得的約束條件，結(jié)合半橋子模塊成本較低及運(yùn)行效率較高的優(yōu)勢(shì)，選取m = η。此時(shí)，半橋子模塊的個(gè)數(shù)為Vd。與Uc0的比值的一半。較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的F-MMC，本方法所設(shè)計(jì)的MMC在保證零直流電壓穿越能力的同時(shí)，成本可降低6.52 %，通態(tài)損耗可降低20.6%。
[0049]在半橋子模塊的額定電壓與全橋子模塊的額定電壓比值為1:2時(shí)，半橋子模塊和全橋子模塊的配置個(gè)數(shù)的計(jì)算過(guò)程如下。
[0050]不考慮冗余，假設(shè)橋臂中半橋子模塊及全橋子模塊個(gè)數(shù)分別為m、η ;正常工作時(shí)半橋子模塊的額定輸出電壓為Uc0，交流側(cè)調(diào)制系數(shù)M為I，直流側(cè)電壓用Vd。表示，交流側(cè)相電壓峰值用Um表示，則有
[0051]Um= Μ、二^Uim(5)
L L
[0052]采用步驟(2)中所述的穿越方案時(shí)，MMC橋臂的最大可輸出電壓Vni為
[0053]Vm = 2nUc0(6)
[0054]為保證MMC能在任意時(shí)刻實(shí)現(xiàn)直流側(cè)零電壓穿越，需要保證直流短路故障期間，Vm滿足
[0055]Vm 彡 Um(7)
[0056]結(jié)合式(5)?(7)可得
[0057]η 彡 m/2(8)
[0058]因?yàn)閙與2n的加和應(yīng)等于Vd。與Uetl的比值，根據(jù)式⑶求得的約束條件，結(jié)合半橋子模塊成本較低及運(yùn)行效率較高的優(yōu)勢(shì)，選取m = 2n。此時(shí)，半橋子模塊的個(gè)數(shù)為Vd。與Uc0的比值的三分之二。較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的F-MMC，本方法所設(shè)計(jì)的MMC在保證零直流電壓穿越能力的同時(shí)，成本得到有效降低，運(yùn)行效率得到有效升高。
[0059]顯然上述個(gè)數(shù)配置滿足如下條件:單橋臂中半橋子模塊總投入電壓為直流側(cè)額定電壓與交流側(cè)相電壓的峰值之差；單橋臂中全橋子模塊的最大輸出電壓為交流相電壓的峰值。
[0060]實(shí)施例2
[0061]MMC的設(shè)計(jì)方法包括如下步驟:
[0062](I)為降低MMC的設(shè)計(jì)成本及提高其運(yùn)行效率，選取半橋子模塊作為MMC的第一子模塊；為使MMC具備零直流電壓穿越能力，選取能在非閉鎖狀態(tài)下輸出負(fù)電平的交叉連接雙半橋子模塊作為MMC的第二子模塊。形成的MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖7所示。
[0063](2)確定零直流電壓故障穿越方案。其中，穿越方案遵循如下原則:所有的半橋子模塊均旁路，忽略交流電流在橋臂的阻抗，同相上、下橋臂的交叉連接雙半橋子模塊總輸出電壓等大反相，下橋臂交叉連接雙半橋子模塊總輸出電壓為當(dāng)前交流側(cè)相電壓瞬時(shí)值，其等效電路如圖6所示；同橋臂交叉連接雙半橋子模塊只能輸出正電平及零電平，或者負(fù)電平及零電平。為保證故障穿越期間交叉連接雙半橋子模塊電壓均衡，交叉連接雙半橋子模塊投切原則滿足如下條件= (Al)需追加投入子模塊時(shí)，如果當(dāng)前橋臂電流對(duì)子模塊中電容充電，應(yīng)投入原處于切除狀態(tài)的電壓較低的交叉連接雙半橋子模塊；反之，應(yīng)投入原處于切除狀態(tài)的電壓較高的交叉連接雙半橋子模塊；(A2)需追加切除子模塊時(shí)，如果當(dāng)前橋臂電流對(duì)子模塊電容充電，應(yīng)切除原處于投入狀態(tài)的電壓較高的交叉連接雙半橋子模塊；反之，應(yīng)切除原處于投入狀態(tài)的電壓較低的交叉連接雙半橋子模塊。
[0064](3)為使設(shè)計(jì)的MMC在可實(shí)現(xiàn)零直流電壓故障穿越的同時(shí)成本最低及運(yùn)行效率最高，半橋子模塊與交叉連接雙半橋子模塊的個(gè)數(shù)需滿足特定關(guān)系，且該關(guān)系與兩種模塊額定電壓(認(rèn)為交叉連接雙半橋子模塊的額定電壓為其投入時(shí)的端口電壓幅值)的比值有關(guān)。
[0065]由于交叉連接雙半橋子模塊是由兩個(gè)半橋結(jié)構(gòu)及兩對(duì)允許電流雙向流動(dòng)的開關(guān)管組成(拓?fù)淙鐖D4所示)，半橋子模塊的額定電壓為U,從易于設(shè)計(jì)的角度考慮，交叉連接雙半橋子模塊中半橋結(jié)構(gòu)的額定電壓與半橋子模塊的額定電壓可相同，其值為Uc0o
[0066]為實(shí)現(xiàn)交叉連接雙半橋子模塊的高效利用，正常工作及故障期間使其輸出電壓為±2Ue(l& O三種電平，此時(shí)，半橋子模塊的額定電壓與交叉連接雙半橋子模塊的額定電壓比值為1:2。基于以上條件，半橋子模塊與交叉連接雙半橋子模塊的配置個(gè)數(shù)的計(jì)算過(guò)程如下。
[0067]不考慮冗余，假設(shè)橋臂中半橋子模塊及交叉連接雙半橋子模塊的個(gè)數(shù)分別為m、n，交流側(cè)調(diào)制系數(shù)M為I，直流側(cè)電壓用Vd。表示，交流側(cè)相電壓峰值用Um表示，則有
[0068]Um = M^=m+^nUc0(9)
[0069]采用步驟⑵中所述的穿越方案時(shí)，MMC橋臂的最大可輸出電壓Vm為
[0070]Vm = 2nUc0(10)
[0071]為保證MMC能在任意時(shí)刻實(shí)現(xiàn)直流側(cè)零電壓穿越，需要保證直流短路故障期間，Vm滿足
[0072]Vm ^ Um(11)
[0073]結(jié)合式(9)?(11)可得
[0074]n ^ m/2(12)
[0075]因?yàn)閙與2n的加和應(yīng)等于Vd。與Uetl的比值，根據(jù)式(12)求得的約束條件，結(jié)合半橋子模塊成本較低及運(yùn)行效率較高的優(yōu)勢(shì)，選取m = 2n。此時(shí)，半橋子模塊的個(gè)數(shù)為Vd。與Uc0的比值三分之二。較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的由交叉連接雙半橋子模塊構(gòu)成的MMC，由于省去了部分開關(guān)管Τ45、τ46以及二極管D45、D46(如圖4所示)，因而在保證零直流電壓穿越能力的同時(shí)，成本得到有效降低，運(yùn)行效率得到有效升高。
[0076]顯然上述個(gè)數(shù)配置滿足:單橋臂中半橋子模塊總投入電壓為直流側(cè)額定電壓與交流相電壓的峰值之差；單橋臂中交叉連接雙半橋子模塊的最大輸出電壓為交流側(cè)相電壓的峰值。
[0077]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具備零直流電壓故障穿越能力的MMC的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)確定MMC由兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的子模塊組成，分別表示為第一子模塊和第二子模塊；其中，第一子模塊確定為半橋子模塊，以降低MMC的設(shè)計(jì)成本及提高其運(yùn)行效率；第二子模塊需滿足如下條件:能在非閉鎖狀態(tài)下輸出正、負(fù)及零三類電平，使MMC具備零直流電壓穿越能力； (2)確定零直流電壓故障穿越方案； 其中，穿越方案遵循以下原則:所有半橋子模塊均旁路，同相上、下橋臂的第二子模塊總輸出電壓等大反相，下橋臂第二子模塊總輸出電壓為該相瞬時(shí)電壓值，同橋臂第二子模塊只能輸出正電平及零電平，或者負(fù)電平及零電平； 第二子模塊投切原則滿足如下條件= (Al)需追加投入子模塊時(shí)，如果當(dāng)前橋臂電流對(duì)子模塊中電容充電，應(yīng)投入原處于切除狀態(tài)的電壓較低的第二子模塊；反之，應(yīng)投入原處于切除狀態(tài)的電壓較高的第二子模塊；(A2)需追加切除子模塊時(shí)，如果當(dāng)前橋臂電流對(duì)子模塊電容充電，應(yīng)切除原處于投入狀態(tài)的電壓較高的第二子模塊；反之，應(yīng)切除原處于投入狀態(tài)的電壓較低的第二子模塊； (3)根據(jù)步驟(2)確定的零直流電壓故障穿越方案，確定第一子模塊和第二子模塊的個(gè)數(shù)，以使得MMC在可實(shí)現(xiàn)零直流電壓故障穿越的同時(shí)成本最低及運(yùn)行效率最高，完成MMC的設(shè)計(jì)； 其中，半橋子模塊的個(gè)數(shù)滿足如下條件:單橋臂中半橋子模塊總投入電壓為直流側(cè)額定電壓與交流側(cè)相電壓峰值之差；第二子模塊的個(gè)數(shù)滿足如下條件:單橋臂中第二子模塊最大總投入電壓為交流相電壓的峰值。
2.如權(quán)利要求1所述的具備零直流電壓故障穿越能力的MMC的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(3)中，在電壓調(diào)制系數(shù)為I時(shí)，如果半橋子模塊的額定電壓與第二子模塊的額定電壓比值為1:1，則半橋子模塊與第二子模塊的個(gè)數(shù)比為1:1，半橋子模塊個(gè)數(shù)為直流側(cè)額定電壓與半橋子模塊額定電壓比值的一半；如果半橋子模塊的額定電壓與第二子模塊的額定電壓比值為1:2，則半橋子模塊與第二子模塊的個(gè)數(shù)比為2:1，半橋子模塊個(gè)數(shù)為直流側(cè)額定電壓與半橋子模塊額定電壓比值的三分之二。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具備零直流電壓故障穿越能力的MMC的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述第二子模塊為全橋子模塊或交叉連接雙半橋子模塊。
4.一種用權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法設(shè)計(jì)的模塊化多電平變換器。
【文檔編號(hào)】H02M1/32GK104167912SQ201410400214
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】胡家兵, 路茂增, 鄭皖寧 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)