取值为K+1~ N-1;通过辅助开关Tau_N、Kai_i2连接A相上桥臂中第N个子模块电容C-au_N与A相下桥臂第1个 子模块电容C-ai-_i正极;通过辅助开关Kal_i2、Kal_a+l)2连接A相下桥臂中第i个子模块电容 C-al-_i与第i+Ι个子模块电容C-al-_i+l的正极，其中i的取值为1~K-1 ;通过辅助开关Kal_K2、 Tal_K+l连接A相下桥臂中第K个子模块电容C-al-J(与第K+1个子模块电容C-al-_K+l正极;通过辅 助开关1'31」、1'￡11」+1连接厶相下桥臂中第」个子模块电容(]- ￡11」与第」+1个子模块电容(]-￡11-」+1的 正极，其中j的取值为K+1~N-1;通过辅助开关Tai_N连接A相下桥臂中第N个子模块电容C-ai_N 与辅助电容c2正极；钳位二极管，通过辅助开关Kbu_12连接B相上桥臂中第1个子模块电容 C-bu-j与辅助电容&负极;通过辅助开关Kbu_i2、Kbu_a+rn连接B相上桥臂中第i个子模块电容 C_bu-_i与第i+Ι个子模块电容C_bu-_i+i负极，其中i的取值为1~K-1;通过辅助开关Kbu_K2、 Tbu_K+1连接B相上桥臂中第K个子模块电容C-bu-_K与第K+1个子模块电容C-bu-_K+1负极;通过辅 助开关1'1)11」、1'1)11」+1连接13相上桥臂中第」个子模块电容〇1 )11-」与第」+ 1个子模块电容〇1)11-」+1 负极，其中j的取值为K+1~N-1;通过辅助开关Tbu_N、Kbi_12连接B相上桥臂中第N个子模块电 容C_bu-_N与B相下桥臂中第1个子模块电容C_bl_l负极;通过辅助开关Kbl_i2、Kbl_U+O2连接B相 下桥臂中第i个子模块电容C-bi-_i与第i+Ι个子模块电容C-bi-_i+i负极，其中i的取值为1~K- 1;通过辅助开关Kbi_K2、Tbi_K+i连接B相下桥臂中第K个子模块电容C-bij(与第Κ+l个子模块电 容C_bi-_K+i负极;通过辅助开关1'1)1」、1'1)1」+1连接13相下桥臂中第]_个子模块电容〇1 )1-」与第]_+ 1个子模块电容C-bi_j+1负极，其中j的取值为Κ+l~N-1;通过辅助开关Tbi_N连接B相下桥臂中 第N个子模块电容C-bi-_N与辅助电容C2负极;C相子模块的连接关系与A相一致时，C相上下桥 臂中子模块间钳位二极管的连接方式与A相一致，同时辅助电容C3正极经辅助开关Κ?_12、钳 位二极管连接C相上桥臂第一个子模块电容正极，辅助电容C3负极经辅助开关Kbu_12、钳 位二极管连接B相上桥臂第一个子模块电容CblU负极，辅助电容C4的正极经辅助开关Tcl_N、 钳位二极管连接C相下桥臂第N个子模块电容Ccd_N正极，辅助电容C4负极经辅助开关Tbl_N、钳 位二极管连接B相下桥臂第N个子模块电容Cbi_N负极;C相子模块的连接关系与B相一致时，C 相上下桥臂中子模块间钳位二极管的连接方式与B相一致，同时辅助电容C3负极经辅助开 关Κ?_12、钳位二极管连接C相上桥臂第一个子模块电容Cco负极，辅助电容C3正极经辅助开 关Kau_12、钳位二极管连接A相上桥臂第一个子模块电容Ca〇正极，辅助电容C4负极经辅助开 关Tcl_N、钳位二极管连接C相下桥臂第N个子模块电容Οα_Ν负极，辅助电容C4正极经辅助开关 Tal_N、钳位二极管连接A相下桥臂第N个子模块电容Cal_N的正极;上述A、B、C三相中6N个辅助 开关Kau-i2、Kal-i2、Kbu-i2、Kbl-i2、Kcu-i2、Kcl-i2、Tau-j、Tal-j、Tbu-j、Tbl-j、Tcu」、Tcl-j，其中i的取值为 1~K，j的取值为Κ+l~N，6N+7个钳位二极管，4个辅助电容&、(：2、(：3、〇4，及4个辅助1681'模块 1' 1、1'2、1'334，共同构成自均压辅助回路。4.根据权利1所述的基于等式约束的辅助电容分布式半桥/单箝位混联MMC自均压拓 扑，其特征在于：正常情况时，自均压辅助回路中6N个辅助开关Kau_i2、Kai_i2、Kbu_i2、Kbi_i2、 Kcu_i2、Kci_i2、Tau」、Tai」、Tbu」、Tbi」、Tcu」、Tci」常闭，其中i的取值为1~K，j的取值为K+1~N; 故障情况时，6N-6K个辅助开关Tau」、Tai」、Tbu」、Tbi」、Tcu」、Tea」断开，其中j的取值为Κ+l~ N;正常情况下，A相上桥臂第一个子模块电容C-au-j旁路时，此时辅助IGBT模块Ti断开，子模 块电容C-au-_i与辅助电容(^通过钳位二极管并联;A相上桥臂第i个子模块电容C-au-_i旁路 时，其中i的取值为2~N，子模块电容C-au-_i与子模块电容C-au-_i-通过钳位二极管并联;A相 下桥臂第一个子模块电容C_al_l旁路时，子模块电容C_al-_1通过钳位二极管、两个桥臂电抗 器Lo与子模块电容C-au-_N并联;A相下桥臂第i个子模块电容C-ai_i旁路时，其中i的取值为2 ~N，子模块电容C_al-_i与子模块电容C_al_i-1通过钳位二极管并联;辅助IGBT模块T2闭合时， 辅助电容(：2通过钳位二极管与子模块电容C-ai_N并联;辅助IGBT模块Ti闭合时，辅助电容Ci 与子模块电容C-bu-j通过钳位二极管并联;B相上桥臂第i个子模块电容C-bu-j旁路时，其中 i的取值为1~N-1，子模块电容C_bu-_i与子模块电容C_bu-_i+i通过钳位二极管并联;B相上桥 臂第N个子模块电容C_bu_N旁路时，子模块电容C-bu-_N通过钳位二极管、两个桥臂电抗器L〇与 子模块电容C_bi-_i并联;B相下桥臂第i个子模块电容C_bi_i旁路时，其中i的取值为1~N-1， 子模块电容C-bi-_i与子模块电容C_bi_i+i通过钳位二极管并联;B相下桥臂第N个子模块电容 C-bi_N旁路时，子模块电容C-bi-_N与辅助电容C-2通过钳位二极管并联;其中辅助IGBT模块h 的触发信号与A相上桥臂第一个子模块的触发信号一致;辅助IGBT模块T2的触发信号与B相 下桥臂第Ν个子模块的触发信号一致;在直交流能量转换的过程中，各个子模块交替投入、 旁路，辅助IGBT模块。、^交替闭合、关断，Α相上下桥臂子模块电容电压在钳位二极管的作 用下，满足下列约束，Uci2Uc-au_l2Uc-au_2 …2Uc-au_N2Uc-al_l2Uc-al_2··· 2Uc-al_N2Uc2;B相上 下桥臂子模块电容电压在钳位二极管的作用下，满足下列约束，Uci<Uc-bu_l<Uc-bu_2··· < Uc-bu_N<Uc-bl_l<Uc-bl_2··· <Uc-bl_N<UC2;基于等式约束的辅助电容分布式半桥/单箝位混联MMC自均压拓扑，动态过程中，辅助电容Q既可以作为A相电压最高的电容，又可以作为B相 电压最低的电容;辅助电容C2既可以作为A相电压最低的电容，又可以作为B相电压最高的 电容;依靠着两个等式约束，11^(1^-)=111；[11(1]〇)-)，111；[11(1^)=11^(1]〇))，4、13相上下桥臂中4~ 个子模块电容，Cau_i、Cai_i、Cbu_i、Cbi_i，其中i取值为1~N，以及辅助电容&、C2，的电压处于自 平衡状态，拓扑A、B相间具备子模块电容电压自均衡能力;若拓扑中C相的构成形式与A相一 致，则通过辅助电容C3、C4的作用，C、B相间电容电压的约束条件与A、B之间电容电压约束条 件类似;若拓扑中C相的构成形式与B相一致，则通过辅助电容C3、C4的作用，A、C相间电容电 压的约束条件与A、B之间电容电压约束条件类似，拓扑具备子模块电容电压自均衡能力;在 利用钳位二极管实现相内相邻子模块间电容能量单相流动的基础上，依靠辅助电容电压间 的等式约束max(Uca-)=min(Ucb_)，min(Uca)=max(Ucb)，或max(Uca-)=min(Ucc)，min(Uca)=max (Ucc)，或max(Ucc)=min(Ucb-)，min(Ucc)=max(Ucb)，实现电容能量的相间流动构成电容能量 的循环通路，进而保持相间子模块电容电压稳定，是该权利的保护内容。5.根据权利1所述的基于等式约束的辅助电容分布式半桥/单箝位混联MMC自均压拓 扑，其特征在于:基于等式约束的辅助电容分布式半桥/单箝位混联MMC自均压拓扑，不仅能 作为多电平电压源换流器直接应用于柔性直流输电领域，也能通过构成静止同步补偿器 (STATCOM)，统一电能质量调节器(UPQC)，统一潮流控制器(UPFC)等装置应用于柔性交流输 电领域;间接利用该发明拓扑及思想的其他应用场合在权利范围内。
【专利摘要】本发明提供基于等式约束的辅助电容分布式半桥/单箝位混联MMC自均压拓扑。半桥/单箝位混联MMC自均压拓扑中，半桥/单箝位混联MMC模型与自均压辅助回路通过辅助回路中的6<i>N</i>个辅助开关发生电气联系，辅助开关闭合，两者构成基于等式约束的辅助电容分布式半桥/单箝位混联MMC自均压拓扑，辅助开关打开，拓扑等效为半桥/单箝位混联MMC拓扑。在不强调两种拓扑差异的情况下，辅助开关中的6<i>K</i>个机械开关可以省略。该半桥/单箝位混联MMC自均压拓扑，可以箝位直流侧故障，同时不依赖于专门的均压控制，能够在完成直交流能量转换的基础上，自发地实现子模块电容电压的均衡，此外可以相应降低子模块触发频率和电容容值，实现MMC的基频调制。
【IPC分类】H02M7/487, H02M7/5387, H02M1/32, H02M7/00
【公开号】CN105450048
【申请号】CN201610047410
【发明人】赵成勇, 许建中, 刘航
【申请人】华北电力大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2016年1月25日