一种具有直流故障电流阻断能力的MMC三电平子模块拓扑及其电容电压均衡控制方法与流程

技术特征：

1.一种具有直流故障电流阻断能力的MMC三电平子模块拓扑，其特征在于包括开关管1、开关管2、开关管3、开关管4、开关管5、开关管6、二极管D7、电容C1和电容C2；电容C1的电压为U_C1，电容C2的电压为U_C2；开关管1的集电极与电容C1的正极连接，开关管1的发射极与开关管6的集电极连接，开关管2的发射极与电容C1的负极、开关管5的集电极连接，开关管2的集电极与开关管3的发射极、开关管6的发射极连接，开关管3的集电极与电容C2的正极、二极管D7的阴极连接，开关管4的发射极与电容C2的负极、开关管5的发射极连接，开关管4的集电极与二极管D7的阳极连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有直流故障电流阻断能力的MMC三电平子模块拓扑，其特征在于：所述开关管1为绝缘栅双极型晶体管T1与反并联二极管D1，开关管2为绝缘栅双极型晶体管T2与反并联二极管D2，开关管3为绝缘栅双极型晶体管T3与反并联二极管D3，开关管4为绝缘栅双极型晶体管T4与反并联二极管TD，开关管5为绝缘栅双极型晶体管T5与反并联二极管D5，开关管6为绝缘栅双极型晶体管T6与反并联二极管D6。

3.根据权利要求1所述的一种具有直流故障电流阻断能力的MMC三电平子模块拓扑，其特征在于：开关管1的发射极作为所述子模块输出端的正极，开关管4的集电极作为所述子模块输出端的负极，输出电压为U_out，所述子模块输入电流i的参考方向与所述输出电压U_out的参考方向相同。

4.根据权利要求1所述的一种具有直流故障电流阻断能力的MMC三电平子模块拓扑，其特征在于：U_C1＝U_C2＝电容电压额定值U_cref。

5.一种基于如权利1～3所述的MMC三电平子模块拓扑结构的电容电压均衡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：测量每桥臂每个子模块中电容C1的电容电压，生成原始输入电压序列[V_i]_1×(N-1)/2＝[V_C1V_C2…V_Ck…V_C(N-1)/2]；

步骤二：对子模块电容电压[V_i]_1×(N-1)/2由高到低进行排序，其对应的子模块序号也将重新排序，生成序列[N_SM1]_1×(N-1)/2，并将[N_SM1]_1×(N-1)/2中的每一个元素复制产生[N_SM2]_1×(N-1)；

步骤三：对于MMC任一桥臂，利用载波层叠、载波移相或最近电平逼近等调制方法获得桥臂电压参考值即为下一时刻该桥臂所需投入的子模块电容个数n；

步骤四：根据步骤三所求应投入的子模块电容个数n及桥臂电流方向，生成每一子模块的电容开关状态序列[X]_1×(N-1)＝[X₁ X₁₁ X₂ X₂₂…X_k X_kk…X_(N-1)/2X_{(N-1)/2(N-1)/2}]，其中X_k为电容C_k的开关状态，X₁₁为电容C_kk的开关状态；

步骤五：根据步骤四所得的子模块电容开关状态序列[X]_1×(N-1)，查表获得子模块输出电压，生成IGBT触发脉冲。

6.根据权利要求4所述的电容电压均衡控制方法，其特征在于：在所述步骤四中，若桥臂电流I_arm<0，生成序列[N_V]_1×(N-1)＝[1 1…1 0 0…0]，其中元素1的个数等于应投入的子模块电容个数n；若桥臂电流I_arm>0，生成序列[N_V]_1×(N-1)＝[0 0…0 1 1…1]，其中元素1的个数等于应投入的子模块电容个数n。将序列[N_V]_1×(N-1)与所述步骤二序列[N_SM2]_1×(N-1)中的对应元素一一相乘生成新的数列[N_SM3]_1×(N-1)，并将其奇偶元素分离，分别得到奇数序列[N_SM4]_1×(N-1)/2和偶数序列[N_SM5]_1×(N-1)/2，若k等于[N_SM4]_1×(N-1)/2中任一元素，则X_k＝1，否则X_k＝0；若k等于[N_SM5]_1×(N-1)/2中任一元素，则X_kk＝1，否则X_kk＝0。

7.根据权利要求4所述的电容电压均衡控制方法，其特征在于：步骤五所述子模块输出电压及IGBT触发脉冲配置如下：

若X_k＝0，X_kk＝0，则子模块输出电压V_SM＝0，IGBT触发脉冲：T_1k＝0，T_2k＝1，T_3k＝0，T_4k＝1，T_5k＝1，T_6k＝1；

若X_k＝1，X_kk＝0或者X_k＝0，X_kk＝1，则子模块输出电压V_SM＝U_cref，IGBT触发脉冲：T_1k＝1，T_2k＝0，T_3k＝1，T_4k＝1，T_5k＝1，T_6k＝1；

若X_k＝1，X_kk＝1，则子模块输出电压V_SM＝2U_cref，IGBT触发脉冲：T_1k＝1，T_2k＝1，T_3k＝1，T_4k＝1，T_5k＝0，T_6k＝0。