基于等式約束的輔助電容分布式單箝位mmc自均壓拓?fù)涞闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及柔性輸電領(lǐng)域，具體涉及一種基于等式約束的輔助電容分布式單箝位 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] 單箝位MMC由單箝位子模塊組合而成，每個單箝位子模塊由3個IGBT模塊，1個子模 塊電容，1個二極管及1個機(jī)械開關(guān)構(gòu)成，成本低，運(yùn)行損耗小。
[0004] 與兩電平、三電平VSC不同，麗C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MMC中子模塊電容電壓均衡問題的 主流思路。首先，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。

【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(jì)的，模塊化的，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單箝位MMC自均壓 拓?fù)洹?br>[0008] 本發(fā)明具體的構(gòu)成方式如下。
[0009] 基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓?fù)?，包括由A、B、C三相構(gòu)成的 單箝位麗C模型，A、B、C三相分別由2N個單箝位子模塊，2個橋臂電抗器串聯(lián)而成;包括由6N 個IGBT模塊，6N+7個鉗位二極管，4個輔助電容及4個輔助IGBT模塊構(gòu)成的自均壓輔助回路。
[0010] 上述基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓?fù)洌珹相上下橋臂，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(fù)極。A相上橋臂的第I 個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下與A相上橋臂的第2個子模塊IGBT模塊中 點(diǎn)相連，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與直流母線正極相連;A相上橋臂的第i個子模塊，其中 i的取值為2~N-I，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下與A相上橋臂的第i+Ι個子模塊 IGBT模塊中點(diǎn)相連，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相上橋臂的第i-Ι個子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連;A相上橋臂的第N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Lo與A相下橋臂的第1個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連，其子模塊IGBT模塊中 點(diǎn)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(diǎn)相連;A相下橋臂的第i個子 模塊，其中i的取值為2~N-I，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下與A相下橋臂的第i+1 個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連，其IGBT模塊中點(diǎn)向上與A相下橋臂的第i-1個子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連;A相下橋臂的第N個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向下 與直流母線負(fù)極相連，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)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(diǎn)相連。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。B相上橋臂的第1個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向 上與直流母線正極相連，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與B相上橋臂的第2個子模塊二極管與 IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連;B相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-I，其子模塊二極管 與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相上橋臂的第i-Ι個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連，其子模塊IGBT模 塊中點(diǎn)向下與B相上橋臂的第i+Ι個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連;B相上橋臂的第N 個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相上橋臂的第N-I個子模塊IGBT模塊 中點(diǎn)相連，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下經(jīng)兩個橋臂電抗器Lo與B相下橋臂的第1個子模塊二 極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連;B相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2~N-I，其子模塊 二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相下橋臂的第i-Ι個子模塊IGBT模塊中點(diǎn)相連，其子模塊 IGBT模塊中點(diǎn)向下與B相下橋臂的第i+Ι個子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)相連;B相下橋 臂的第N個子模塊，其子模塊二極管與IGBT模塊聯(lián)結(jié)點(diǎn)向上與B相下橋臂第N-I個子模塊 IGBT模塊中點(diǎn)相連，其子模塊IGBT模塊中點(diǎn)向下與直流母線負(fù)極相連。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。
[0011]上述基于等式約束的輔助電容分布式單箝位MMC自均壓拓?fù)洌跃鶋狠o助回路中， 第一個輔助電容正極連接輔助IGBT模塊，負(fù)極連接鉗位二極管并入直流母線正極;第二個 輔助電容負(fù)極連接輔助IGBT模塊，正極連接鉗位二極管并入直流母線負(fù)極;第三個個輔助 電容正極連接輔助IGBT模塊，負(fù)極連接鉗位二極管并入直流母線正極;第四個輔助電容負(fù) 極連接輔助IGBT模塊，正極連接鉗位二極管并入直流母線負(fù)極。鉗位二極管，通過IGBT模塊 連接A相上橋臂中第1個子模塊電容與輔助電容正極;通過IGBT模塊連接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-I;通過IGBT模塊連接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IGBT模塊連接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-I;通過IGBT 模塊連接A相下橋臂中第N個子模塊電容與第二個輔助電容正極。鉗位二極管，通過IGBT模 塊連接B相上橋臂中第1個子模塊電容與第一個輔助電容負(fù)極;通過IGBT模塊連接B相上橋 臂中第i個子模塊電容與第i+Ι個子模塊電容負(fù)極，其中i的取值為1~N-I;通過IGBT模塊連 接B相上橋臂中第N個子模塊電容與B相下橋臂第1個子模塊電容負(fù)極;通過IGBT模塊連接B 相下橋臂中第i個子模塊電容與B相下橋臂第i + 1個子模塊電容負(fù)極，其中i的取值為1~N-1;通過IGBT模塊連接B相下橋臂中第N個子模塊電容與第二個輔助電容負(fù)極。C相子模塊的 連接關(guān)系與A相一致時，C相上下橋臂中子模塊間鉗位二極管的連接方式