交流側(cè)級聯(lián)h橋的混合模塊組合多電平變換器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器，其每相電路由上橋臂、下橋臂、交流側(cè)橋臂、第一電容和第二電容組成；所述上橋臂和下橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致。上橋臂與下橋臂均有N個半橋子模塊和1個電感串聯(lián)而成，交流側(cè)橋臂由M個全橋子模塊構(gòu)成。本實(shí)用新型混合模塊組合多電平變換器能夠運(yùn)行于STATCOM狀態(tài)，并具有直流側(cè)短路故障自清除能力。與現(xiàn)有的僅由半橋子模塊構(gòu)成的MMC比較，具有直流側(cè)短路故障自清除能力；與現(xiàn)有的僅由全橋子模塊構(gòu)成的MMC比較，節(jié)省了大量的開關(guān)管，降低了成本。
【專利說明】交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及組合模塊多電平變換器領(lǐng)域，具體涉及交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊多電平變換器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著高壓直流輸電的不斷發(fā)展，多電平變換器得到了巨大的發(fā)展。其中，模塊組合多電平變換器(Modular Multilevel Converter,MMC)作為一種新型的多電平拓?fù)?，除了具有傳統(tǒng)多電平變換器的優(yōu)點(diǎn)，模塊組合多電平變換器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)擴(kuò)容和冗余工作；具有不平衡運(yùn)行能力、故障穿越和恢復(fù)能力，系統(tǒng)可靠性高；由于具有公共直流母線，模塊組合多電平變換器尤其適用于高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用。
[0003]目前,MMC子模塊主要有半橋子模塊和全橋子模塊兩種。由半橋子模塊構(gòu)成的MMC結(jié)構(gòu)簡單，但不具有直流側(cè)短路故障自清除能力；由全橋子模塊構(gòu)成的MMC具有直流側(cè)短路故障自清除能力，但需要雙倍的器件，成本非常高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊多電平變換器。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器，其每相電路由上橋臂、下橋臂、交流側(cè)橋臂、第一電容和第二電容組成；所述上橋臂和下橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致。第一電容的正極與上橋臂的一端連接，上橋臂的另一端與下橋臂的一端、交流側(cè)橋臂的一端連接，下橋臂的另一端與第二電容的負(fù)極連接，第二電容的正極與第一電容的負(fù)極、地連接；第一電容的正極與直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的正極連接，第二電容的負(fù)極與直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的負(fù)極連接，交流側(cè)橋臂的另一端與直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)連接。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施的，所述上橋臂由N個半橋子模塊和電感構(gòu)成#個半橋子模塊依次串聯(lián)，形成半橋子模塊串，半橋子模塊串的一端與電感的一端連接，半橋子模塊串的另一端作為上橋臂的一端，電感的另一端作為上橋臂的另一端。所述交流側(cè)橋臂由M個全橋子模塊依次串聯(lián)，形成全橋子模塊串，全橋子模塊串的兩端作為。交流側(cè)橋臂的兩端。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施的，半橋子模塊由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管和第三電容構(gòu)成；第一開關(guān)管的集電極和第三電容的正極連接，第三電容的負(fù)極與第二開關(guān)管的發(fā)射極連接，第一開關(guān)管的發(fā)射極與第二開關(guān)管的集電極連接；第二開關(guān)管的集電極、發(fā)射極作為半橋子模塊的兩端。全橋子模塊由第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管和第四電容構(gòu)成；第三開關(guān)管的集電極與第四電容的正極、第四開關(guān)管的集電極連接，第三開關(guān)管的發(fā)射極與第五開關(guān)管的集電極連接，第四開關(guān)管的發(fā)射極與第六開關(guān)管的集電極連接，第五開關(guān)管的發(fā)射極與第四電容的負(fù)極、第六開關(guān)管的發(fā)射極連接；第五開關(guān)管的集電極、第六開關(guān)管的集電極作為全橋子模塊的兩端。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)勢為:具有直流側(cè)短路故障自清除能力，能運(yùn)行于靜止無功補(bǔ)償(Static Synchronous Compensator, STATC0M)狀態(tài)。與現(xiàn)有的僅由半橋子模塊構(gòu)成的MMC相比較，本實(shí)用新型具有直流側(cè)短路故障自清除能力；與現(xiàn)有的僅由全橋子模塊構(gòu)成的MMC相比較，本實(shí)用新型使用開關(guān)管數(shù)目大大減少，降低了成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2是圖1所示的交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器的半橋子模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖3是圖1所示的交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器的全橋子模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖4是圖1所示的交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器的調(diào)制波形圖；
[0014]圖5是交流側(cè)級聯(lián)H橋的三相混合模塊組合多電平變換器直流側(cè)發(fā)生短路故障時的等效電路；
[0015]圖6是交流側(cè)級聯(lián)H橋的三相混合模塊組合多電平變換器工作于STATC0M狀態(tài)的等效電路。

【具體實(shí)施方式】
[0016]為進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的內(nèi)容和特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案進(jìn)行具體說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施不限于此。以下若有未特別詳細(xì)說明的過程，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
[0017]參考圖1，本實(shí)用新型的交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器的每相電路由上橋臂11、下橋臂12、交流側(cè)橋臂13、第一電容C1和第二電容C2組成；所述上橋臂11和下橋臂12的電路結(jié)構(gòu)完全一致。其中，第一電容C1的正極與上橋臂11的一端連接，上橋臂11的另一端與下橋臂12的一端、交流側(cè)橋臂13的一端6連接，下橋臂12的另一端與第二電容C2的負(fù)極連接，第二電容C2的正極與第一電容C1的負(fù)極、地連接；第一電容C1的正極與直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的正極15連接，第二電容C2的負(fù)極與直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的負(fù)極16連接，交流側(cè)橋臂13的另一端a與直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)14連接。
[0018]所述上橋臂11由N個半橋子模塊HSMpHSMy……、HSMN和電感L構(gòu)成；N個半橋子模塊HSM1、HSM2、……、HSMn依次串聯(lián)，形成半橋子模塊串，半橋子模塊串的一端與電感Z的一端連接，半橋子模塊串的另一端作為上橋臂11的一端，電感Z的另一端作為上橋臂11的另一端。所述交流側(cè)橋臂13由M個全橋子模塊FSMpFSM2、……、FSMm依次串聯(lián)，形成全橋子模塊串，全橋子模塊串的兩端作為交流側(cè)橋臂13的兩端。
[0019]所述的半橋子模塊如圖2所示，由第一開關(guān)管/；、第二開關(guān)管T2和第三電容構(gòu)成；第一開關(guān)管?\的集電極和第三電容G的正極連接，第三電容G的負(fù)極與第二開關(guān)管T2的發(fā)射極連接，第一開關(guān)管T1的發(fā)射極與第二開關(guān)管T2的集電極連接；第二開關(guān)管T2的集電極、發(fā)射極作為半橋子模塊的兩端；所述開關(guān)管為IGBT。
[0020]所述的全橋子模塊如圖3所示，由第三開關(guān)管T13、第四開關(guān)管/；、第五開關(guān)管75、第六開關(guān)管h和第四電容G構(gòu)成；第三開關(guān)管A的集電極與第四電容G的正極、第四開關(guān)管1\的集電極連接，第三開關(guān)管?\的發(fā)射極與第五開關(guān)管T5的集電極連接，第四開關(guān)管1\的發(fā)射極與第六開關(guān)管h的集電極連接，第五開關(guān)管T15的發(fā)射極與第四電容C4的負(fù)極、第六開關(guān)管h的發(fā)射極連接；第五開關(guān)管h的集電極、第六開關(guān)管h的集電極作為全橋子模塊的兩端。
[0021]本實(shí)用新型交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器的調(diào)制波形圖如圖4所示，單相輸出電壓‘為正弦波形泌點(diǎn)電壓為逼近正弦波的階梯波形，交流側(cè)橋臂13的輸出電壓Uab為單相輸出電壓Uan減去b點(diǎn)電壓ubn。
[0022]以交流側(cè)級聯(lián)H橋的三相(?、K, w)混合模塊組合多電平變換器為例，當(dāng)直流側(cè)發(fā)生短路故障時，閉鎖所有開關(guān)管即在變換器直流側(cè)發(fā)生短路故障時控制所有開關(guān)管都關(guān)斷，其等效電路圖如圖5所示，運(yùn)行等效為直流側(cè)并聯(lián)電容的三相不控整流器，可以使短路電流迅速減少，從而自清除直流側(cè)短路故障。
[0023]以交流側(cè)級聯(lián)H橋的三相(《、K, w)混合模塊組合多電平變換器為例，控制上橋臂11中每個半橋子模塊的第一開關(guān)管T1關(guān)斷，第二開關(guān)管T2開通，閉鎖下橋臂12的所有開關(guān)管，其等效電路圖如圖6所示，每相的交流側(cè)橋臂13的一端6連接于一點(diǎn)，即運(yùn)行于STATC0M 狀態(tài)。
[0024]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:變換器的每相電路包括上橋臂(11)、下橋臂(12)、交流側(cè)橋臂(13)、第一電容(C1)和第二電容(C2);所述上橋臂(11)和下橋臂(12)的電路結(jié)構(gòu)完全一致；第一電容(C1)的正極與上橋臂(11)的一端連接，上橋臂(11)的另一端與下橋臂(12)的一端、交流側(cè)橋臂(13)的一端O)連接，下橋臂(12)的另一端與第二電容(G )的負(fù)極連接，第二電容(G )的正極與第一電容(C1)的負(fù)極、地(/?)連接；第一電容(C1)的正極與直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的正極(15)連接，第二電容(C2)的負(fù)極與直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的負(fù)極(16)連接，交流側(cè)橋臂(13)的另一端(a)與直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)(14)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述上橋臂(11)由N個半橋子模塊(HSMp HSM2,……、HSMn)和電感(Z)構(gòu)成#個半橋子模塊(HSMp HSM2,……、HSMn)依次串聯(lián)，形成半橋子模塊串，半橋子模塊串的一端與電感(Z)的一端連接，半橋子模塊串的另一端作為上橋臂(11)的一端，電感(Z)的另一端作為上橋臂(11)的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述交流側(cè)橋臂(13)由M個全橋子模塊(FSMpFSM2、……、FSMm)依次串聯(lián)，形成全橋子模塊串，全橋子模塊串的兩端作為交流側(cè)橋臂(13)的兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述的半橋子模塊由第一開關(guān)管(/；)、第二開關(guān)管(T12)和第三電容(C3)構(gòu)成；第一開關(guān)管(.T1)的集電極和第三電容(C3)的正極連接，第三電容(C3)的負(fù)極與第二開關(guān)管(r2)的發(fā)射極連接，第一開關(guān)管(7；)的發(fā)射極與第二開關(guān)管(T12)的集電極連接；第二開關(guān)管(T12)的集電極、發(fā)射極作為半橋子模塊的兩端；所述開關(guān)管為IGBT。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的交流側(cè)級聯(lián)H橋的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述的全橋子模塊由第三開關(guān)管(r3)、第四開關(guān)管(r4)、第五開關(guān)管(r5)、第六開關(guān)管σ6)和第四電容(C4)構(gòu)成；第三開關(guān)管σ3)的集電極與第四電容(C4)的正極、第四開關(guān)管(r4)的集電極連接，第三開關(guān)管(T13)的發(fā)射極與第五開關(guān)管(T15)的集電極連接，第四開關(guān)管(r4)的發(fā)射極與第六開關(guān)管(/;)的集電極連接，第五開關(guān)管(T15)的發(fā)射極與第四電容(C4)的負(fù)極、第六開關(guān)管(r6)的發(fā)射極連接；第五開關(guān)管(T15)的集電極、第六開關(guān)管(τρ的集電極作為全橋子模塊的兩端。
【文檔編號】H02M1/32GK204206015SQ201420520728
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】張波, 付堅(jiān), 丘東元 申請人:華南理工大學(xué)