基于不等式约束的辅助电容集中式单箝位mmc自均压拓扑的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及柔性输电领域，具体设及一种基于不等式约束的辅助电容集中式单巧 位MMC自均压拓扑。
【背景技术】
[0002] 模块化多电平换流器MMC是未来直流输电技术的发展方向，MMC采用子模块级联 的方式构造换流阀，避免了大量器件的直接串联，降低了对器件一致性的要求，同时便于扩 容及冗余配置。随着电平数的升高，输出波形接近正弦，能有效避开低电平VSC-HVDC的缺 陷。
[0003] 单巧位MMC由单巧位子模块组合而成，每个单巧位子模块由3个IGBT模块，1个子 模块电容，1个二极管及1个机械开关构成，成本低，运行损耗小。
[0004] 与两电平、=电平VSC不同，MMC的直流侧电压并非由一个大电容支撑，而是由一 系列相互独立的悬浮子模块电容串联支撑。为了保证交流侧电压输出的波形质量和保证模 块中各功率半导体器件承受相同的应力，也为了更好的支撑直流电压，减小相间环流，必须 保证子模块电容电压在桥臂功率的周期性流动中处在动态稳定的状态。
[0005] 基于电容电压排序的排序均压算法是目前解决MMC中子模块电容电压均衡问题 的主流思路。首先，排序功能的实现必须依赖电容电压的毫秒级采样，需要大量的传感器W 及光纤通道加W配合；其次，当子模块数目增加时，电容电压排序的运算量迅速增大，为控 制器的硬件设计带来巨大挑战；此外，排序均压算法的实现对子模块的开断频率有很高的 要求，开断频率与均压效果紧密相关，在实践过程中，可能因为均压效果的限制，不得不提 高子模块的触发频率，进而带来换流器损耗的增加。
[0006] 文献"ADC-LinkVoltageSelf-BalanceMethodforaDiode-ClampedModular MultilevelConve;rterWithMinimumNumberofVoltageSensors",提出了一种依靠错 位二极管和变压器来实现MMC子模块电容电压均衡的思路。但该方案在设计上一定程度破 坏了子模块的模块化特性，子模块电容能量交换通道也局限在相内，没能充分利用MMC的 既有结构，=个变压器的引入在使控制策略复杂化的同时也会带来较大的改造成本。
【发明内容】
[0007] 针对上述问题，本发明的目的在于提出一种经济的，模块化的，不依赖均压算法， 同时能相应降低子模块触发频率和电容容值且具有直流故障巧位能力的单巧位MMC自均 压拓扑。
[0008] 本发明具体的构成方式如下。
[0009] 基于不等式约束的辅助电容集中式单巧位MMC自均压拓扑，包括由A、B、CS相构 成的单巧位MMC模型，A、B、C=相分别由2#^单巧位子模块，2个桥臂电抗器串联而成；包 括由6M、IGBT模块，6 7^7个错位二极管，4个辅助电容及2个辅助IGBT模块构成的自均 压辅助回路。
[0010] 上述基于不等式约束的辅助电容集中式单巧位MMC自均压拓扑，A相上下桥臂，单 巧位子模块中，二极管连接子模块电容正极，IGBT模块连接子模块电容负极。A相上桥臂的 第1个子模块，其子模块二极管与IGBT模块联结点向下与A相上桥臂的第2个子模块IGBT 模块中点相连，其子模块IGBT模块中点向上与直流母线正极相连;A相上桥臂的第i个子 模块，其中i的取值为2~，其子模块二极管与IGBT模块联结点向下与A相上桥臂的第 i+1个子模块IGBT模块中点相连，其子模块IGBT模块中点向上与A相上桥臂的第i-1个子 模块二极管与IGBT模块联结点相连;A相上桥臂的第^子模块，其子模块二极管与IGBT 模块联结点向下经两个桥臂电抗器与与A相下桥臂的第1个子模块IGBT模块中点相连， 其子模块IGBT模块中点向上与A相上桥臂的第个子模块二极管与IGBT模块联结点相 连；A相下桥臂的第i个子模块，其中i的取值为2~^1，其子模块二极管与IGBT模块联 结点向下与A相下桥臂的第i+1个子模块IGBT模块中点相连，其IGBT模块中点向上与A 相下桥臂的第i-1个子模块二极管与IGBT模块联结点相连;A相下桥臂的第#1^子模块，其 子模块二极管与IGBT模块联结点向下与直流母线负极相连，其子模块IGBT模块中点向上 与A相下桥臂的第个子模块二极管与IGBT模块联结点相连。B相上下桥臂，单巧位子 模块中，IGBT模块连接子模块电容正极，二极管连接子模块电容负极。B相上桥臂的第1个 子模块，其子模块二极管与IGBT模块联结点向上与直流母线正极相连，其子模块IGBT模块 中点向下与B相上桥臂的第2个子模块二极管与IGBT模块联结点相连；B相上桥臂的第i 个子模块，其中J前取值为2~^1，其子模块二极管与IGBT模块联结点向上与B相上桥臂 的第i-1个子模块IGBT模块中点相连，其子模块IGBT模块中点向下与B相上桥臂的第i+1 个子模块二极管与IGBT模块联结点相连；B相上桥臂的第^子模块，其子模块二极管与 IGBT模块联结点向上与B相上桥臂的第W个子模块IGBT模块中点相连，其子模块IGBT 模块中点向下经两个桥臂电抗器与与B相下桥臂的第1个子模块二极管与IGBT模块联结 点相连巧相下桥臂的第i个子模块，其中i的取值为2~^1，其子模块二极管与IGBT模 块联结点向上与B相下桥臂的第i-1个子模块IGBT模块中点相连，其子模块IGBT模块中 点向下与B相下桥臂的第i+1个子模块二极管与IGBT模块联结点相连巧相下桥臂的第W 个子模块，其子模块二极管与IGBT模块联结点向上与B相下桥臂第个子模块IGBT模 块中点相连，其子模块IGBT模块中点向下与直流母线负极相连。C相上下桥臂子模块的连 接方式可W与A相一致，也可W与B相一致。
[0011] 上述基于不等式约束的辅助电容集中式单巧位MMC自均压拓扑，其自均压辅助回 路中，第一个辅助电容与第二个辅助电容通过错位二极管并联，第二个辅助电容正极连接 辅助IGBT模块，第一个辅助电容负极连接错位二极管并入直流母线正极；第=个辅助电容 与第四个辅助电容通过错位二极管并联，第=个辅助电容负极连接辅助IGBT模块，第四个 辅助电容正极连接错位二极管并入直流母线负极。错位二极管，通过IGBT模块连接A相 上桥臂中第1个子模块电容与第一个辅助电容正极；通过IGBT模块连接A相上桥臂中第i 个子模块电容与第i+1个子模块电容正极，其中i的取值为1~;通过IGBT模块连接 A相上桥臂中第^子模块电容与A相下桥臂第1个子模块电容正极；通过IGBT模块连接 A相下桥臂中第i个子模块电容与A相下桥臂第i+1个子模块电容正极，其中i的取值为 1~;通过IGBT模块连接A相下桥臂中第^子模块电容与第S个辅助电容正极。错 位二极管，通过IGBT模块连接B相上桥臂中第1个子模块电容与第二个辅助电容负极；通 过IGBT模块连接B相上桥臂中第i个子模块电容与第i+1个子模块电容负极，其中i的取 值为1~;通过IGBT模块连接B相上桥臂中第^子模块电容与B相下桥臂第1个子 模块电容负极；通过IGBT模块连接B相下桥臂中第i个子模块电容与B相下桥臂第i+1个 子模块电容负极，其中i的取值为1~;通过IGBT模块连接B相下桥臂中第#1^子模块 电容与第四个辅助电容负极。C相错位二极管的连接关系与其子模块的连接关系相对应。
【附图说明】
[0012] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0013] 图1是单巧位子模块的结构示意图； 图2是基于不等式约束的辅助电容集中式单巧位MMC自均压拓扑。
【具体实施方式】
[0014] 为进一步阐述本发明的性能与工作原理，W下结合附图对对发明的构成方式与工 作原理进行具体说明。但基于该原理的单巧位MMC自均压拓扑不限于图2。
[0015] 参考图2,基于不等式约束的辅助电容集中式单巧位MMC自均压拓扑，包括由A、B、C=相构成的单巧位MMC模型，A、B、C=相分别由单巧位子模块，2个桥臂电抗器串联 而成；包括由6M、IGBT模块，6 7^7个错位二极管，4个辅助电容G、G、G、G，2个辅助IGBT 模块7；、&构成的自均压辅助回路。
[0016] 单巧位MMC模型中，A相上下桥臂，单巧位子模块中，二极管连接子模块电容正极， IGBT模块连接子模块电容负极。A相上桥臂的第1个子模块，其子模块二极管与IGBT模块 联结点向下与A相上桥臂的第2个子模块IGBT