+1的正極，其中i的取值為1~K-1; 通過輔助開關Kau_ K2、Tau_K+1連接A相上橋臂中第K個子模塊電容C-au-_ K與第K+1個子模塊電容 C-au_K+l正極;通過輔助開關1'311」、1311」+ 1連接4相上橋臂中第」個子模塊電容(]-￡111-」與第」+ 1個 子模塊電容C-au-」+1的正極，其中j的取值為K+1~N-1;通過輔助開關T au_N、Kai_12連接A相上橋 臂中第N個子模塊電容C_ au_N與A相下橋臂第1個子模塊電容C-ai-_i正極;通過輔助開關Kai_i2、 Kal_a + 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C-al-_i + l的正極，其 中i的取值為1~K-1;通過輔助開關Kal_K2、Tal_K+l連接A相下橋臂中第K個子模塊電容C_al-_K 與第K+1個子模塊電容C-al-_K+l正極;通過輔助開關1'31」、1'￡11」+ 1連接厶相下橋臂中第]_個子模 塊電容C-al_j與第j+Ι個子模塊電容C-ai-」 +1的正極，其中j的取值為K+1~N-ι;通過輔助開關 Tal_N連接A相下橋臂中第N個子模塊電容C-al_N與輔助電容C 3正極;鉗位二極管，通過輔助開 關Kbu_12連接B相上橋臂中第1個子模塊電容C-bu-_l與輔助電容C2負極;通過輔助開關Kbu_i2、 Kbu_(i+1)2連接B相上橋臂中第i個子模塊電容C-bu-_i與第i+1個子模塊電容c- bu-_i+1負極，其中 i的取值為1~K-ι;通過輔助開關Kbu_K2、Tbu_K+1連接B相上橋臂中第K個子模塊電容C- bu-_K與 第K+1個子模塊電容C-bu-_K+i負極;通過輔助開關Tbu_j、Tbu」+i連接B相上橋臂中第j個子模塊 電容C- bu-」與第j + Ι個子模塊電容C-bu-」+1負極，其中j的取值為K+1~N-1;通過輔助開關 Tbu_N、Kbi_i2連接B相上橋臂中第N個子模塊電容C-bu-_N與B相下橋臂中第1個子模塊電容C-bi_i 負極;通過輔助開關Kbi_i2、Kbi_a+m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負極，其中i的取值為1~K-1;通過輔助開關Kbi_K2、Tbi_ K+1連接B相下橋臂中 第K個子模塊電容C-bij(與第Κ+l個子模塊電容C_bi-_K+1負極;通過輔助開關!'1)1」、1'1)1」+1連接13 相下橋臂中第j個子模塊電容C_bi-」與第j+Ι個子模塊電容C_bi」+i負極，其中j的取值為K+1 ~N-1;通過輔助開關Tbi_N連接B相下橋臂中第N個子模塊電容C-bi-_N與輔助電容C4負極;C相 子模塊的連接關系與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與A相一 致，同時輔助電容C 6正極經輔助開關Κ?_12、鉗位二極管連接C相上橋臂第一個子模塊電容 Cc〇正極，輔助電容(：5負極經輔助開關Kbu_12、鉗位二極管連接Β相上橋臂第一個子模塊電容 Cb〇負極，輔助電容C8正極經輔助開關Tcl_N、鉗位二極管連接C相下橋臂第N個子模塊電容 Ccl_N的正極，輔助電容C7負極經輔助開關Tbl_ N、鉗位二極管連接B相下橋臂第N個子模塊電容 Cbi_N負極;C相子模塊的連接關系與B相一致時，C相上下橋臂中子模塊間鉗位二極管的連接 方式與B相一致，同時輔助電容(： 5負極經輔助開關Κ?_12、鉗位二極管連接C相上橋臂第一個 子模塊電容Cc〇負極，輔助電容C 6正極經輔助開關1〇2、鉗位二極管連接Α相上橋臂第一個 子模塊電容Ca〇正極，輔助電容C 7負極經輔助開關Tca_N、鉗位二極管連接C相下橋臂第N個子 模塊電容Cca_N負極，輔助電容C 8正極經輔助開關Tal_N、鉗位二極管連接A相下橋臂第N個子模 塊電容Cal_N正極;上述A、B、C三相中 6N個輔助開關Kau_i2、Kal_i2、Kbu_i2、Kbl_i2、Kcu_i2、Kcl_i2、 Tau」、Tai」、Tbu」、Tbi」、Tcu」、Ted」，其中i的取值為1~K，j的取值為K+1~N，6N+11個鉗位二極 管，8個輔助電容&、C 2、C3、C4、C5、C6、C7、C8及4個輔助IGBT模塊Τ!、T 2、T3、T4，共同構成自均壓 輔助回路。4.根據權利1所述的基于不等式約束的輔助電容分布式半橋/全橋混聯MMC自均壓拓 撲，其特征在于：正常情況時，自均壓輔助回路中6Ν個輔助開關Kau_i2、Kai_ i2、Kbu_i2、Kbi_i2、 Kcu_i2、Kci_i2、Tau」、T ai」、Tbu」、Tbi」、Tcu」、Tci」常閉，其中i的取值為1~K，j的取值為K+1~N; 故障情況時，6N-6K個輔助開關T au」、Tai」、Tbu」、Tbi」、Tcu」、Tea」斷開，其中j的取值為K+1~ N;正常情況下，A相上橋臂第一個子模塊電容C-au-j旁路時，此時輔助IGBT模塊Ti斷開，子模 塊電容C- au-_i與輔助電容(^通過鉗位二極管并聯;A相上橋臂第i個子模塊電容C-au-_i旁路 時，其中i的取值為2~N，子模塊電容C- au-_i與子模塊電容C-au-_i-通過鉗位二極管并聯;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Lo與子模塊電容C- au-_N并聯;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 ~N，子模塊電容C_al-_i與子模塊電容C_al_i-1通過鉗位二極管并聯;輔助IGBT模塊T2閉合時， 輔助電容c 3通過鉗位二極管與子模塊電容C-ai_N并聯;輔助IGBT模塊Ti閉合時，輔助電容C2 與子模塊電容C-bu-j通過鉗位二極管并聯;B相上橋臂第i個子模塊電容C-bu-j旁路時，其中 i的取值為1~N-1，子模塊電容C_bu-_i與子模塊電容C_bu-_i+i通過鉗位二極管并聯;B相上橋 臂第N個子模塊電容C_bu_N旁路時，子模塊電容C-bu-_N通過鉗位二極管、兩個橋臂電抗器L〇與 子模塊電容C_bi-_i并聯;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~N-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;B相下橋臂第N個子模塊電容 C-bi_N旁路時，子模塊電容C-bi-_N與輔助電容C-4通過鉗位二極管并聯;其中輔助IGBT模塊h 的觸發(fā)信號與A相上橋臂第一個子模塊的觸發(fā)信號一致;輔助IGBT模塊T2的觸發(fā)信號與B相 下橋臂第Ν個子模塊的觸發(fā)信號一致;在直交流能量轉換的過程中，各個子模塊交替投入、 旁路，輔助IGBT模塊。、^交替閉合、關斷，Α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，Uci 2 Uc-au_l 2 Uc-au_2 …2 Uc-au_N 2 Uc-al_l 2 Uc-al_2··· 2 Uc-al_N 2 Uc3;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，UC2 < Uc-bu_l < Uc-bu_2··· < Uc-bu_N < Uc-bl_l < Uc-bl_2··· < Uc-bl_N < UC4;依靠著輔助電容Cl、C2電壓之間，輔助電容C3、C4電壓 之間的兩個不等式約束，說1<1^2，1^32說4 4』相上下橋臂中4~個子模塊電容，(^」、(^1」、 Cbu_i、Cbi_i，其中i取值為1~N，以及輔助電容Ci、C2、C3、C4，的電壓處于自平衡狀態(tài)，拓撲A、B 相間具備子模塊電容電壓自均衡能力;若拓撲中C相的構成形式與A相一致，則通過輔助電 容C5、C6、C7、C 8的作用，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類似;若 拓撲中C相的構成形式與B相一致，則通過輔助電容C 5、C6、C7、Cs的作用，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類似，拓撲具備子模塊電容電壓自均衡能力;在利用 鉗位二極管實現相內相鄰子模塊間電容能量單相流動的基礎上，依靠輔助電容間的不等式 約束，實現電容能量的相間流動構成電容能量的循環(huán)通路，進而保持相間子模塊電容電壓 穩(wěn)定，是該權利的保護內容。5.根據權利1所述的基于不等式約束的輔助電容分布式半橋/全橋混聯MMC自均壓拓 撲，其特征在于:基于不等式約束的輔助電容分布式半橋/全橋混聯MMC自均壓拓撲，不僅能 作為多電平電壓源換流器直接應用于柔性直流輸電領域，也能通過構成靜止同步補償器 (STATCOM)，統一電能質量調節(jié)器(UPQC)，統一潮流控制器(UPFC)等裝置應用于柔性交流輸 電領域;間接利用該發(fā)明拓撲及思想的其他應用場合在權利范圍內。
【專利摘要】本發(fā)明提供基于不等式約束的輔助電容分布式半橋/全橋混聯MMC自均壓拓撲。半橋/全橋混聯MMC自均壓拓撲中，半橋/全橋混聯MMC模型與自均壓輔助回路通過輔助回路中的輔助開關發(fā)生電氣聯系，輔助開關閉合，兩者構成基于不等式約束的輔助電容分布式半橋/全橋混聯MMC自均壓拓撲，輔助開關打開，拓撲等效為半橋/全橋混聯MMC拓撲。在不強調兩種拓撲差異的情況下，輔助開關中的6<i>K</i>個機械開關可以省略。該半橋/全橋混聯MMC自均壓拓撲，具有直流故障箝位能力，不依賴于專門的均壓控制，能夠在完成直交流能量轉換的基礎上，自發(fā)地實現子模塊電容電壓的均衡，同時可以相應降低子模塊觸發(fā)頻率和電容容值，實現MMC的基頻調制。
【IPC分類】H02M7/5387, H02M7/483
【公開號】CN105515425
【申請?zhí)枴緾N201610047425
【發(fā)明人】趙成勇, 許建中, 劉航
【申請人】華北電力大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月25日