1，子模块电容Cbi_i与子模块电容Cbi_i+1通过钳位二 极管并联;B相下桥臂第N个子模块电容Cbl_N旁路时，子模块电容Cbl_N与辅助电容C2通过钳位 二极管并联。上述辅助IGBT模块Ti的触发信号与A、C相上桥臂第一个子模块触发信号的"逻 辑和" 一致;辅助IGBT模块T2的触发信号与B相下桥臂第N个子模块的触发信号一致。
[0020] 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TLT2交替 闭合、关断，Α、Β相上下桥臂间电容电压在钳位二极管的作用下，满足下列约束：
由此可知，全桥MMC在完成直交流能量转换的动态过程中，满足下面的约束条件：
C、Β相间的约束条件与A、Β相间的约束条件一致。
[0021] 由上述具体说明可知，该全桥MMC拓扑具备子模块电容电压自均衡能力。
[0022]最后应当说明的是:所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实 施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
【主权项】
1.基于等式约束的辅助电容集中式全桥MMC自均压拓扑，其特征在于:包括由A、B、C三 相构成的全桥MMC模型，A、B、C三相每个桥臂分别由N个全桥子模块及1个桥臂电抗器串联而 成;包括由6N个IGBT模块，6N+5个钳位二极管，2个辅助电容&、C2，2个辅助IGBT模块TiA构 成的自均压辅助回路。2. 根据权利1所述的基于等式约束的辅助电容集中式全桥MMC自均压拓扑，其特征在 于:全桥MMC模型中，A相上桥臂的第1个子模块，其一个IGBT模块中点向上与直流母线正极 相连接，另一个IGBT模块中点向下与A相上桥臂的第2个子模块一个IGBT模块中点相连接;A 相上桥臂的第i个子模块，其中i的取值为2~N-1，其一个IGBT模块中点向上与A相上桥臂的 第i-Ι个子模块一个IGBT模块中点相连接，另一个IGBT模块中点向下与A相上桥臂的第i+1 个子模块一个IGBT模块中点相连接;A相上桥臂的第N个子模块，其一个IGBT模块中点向上 与A相上桥臂的第N-1个子模块一个IGBT模块中点相连接，另一个IGBT模块中点向下经两个 桥臂电抗器Lo与A相下桥臂的第1个全桥子模块一个IGBT模块中点相连接;A相下桥臂的第i 个子模块，其中i的取值为2~N-1，其一个IGBT模块中点向上与A相下桥臂的第i-1个子模块 一个IGBT模块中点相连接，另一个IGBT模块中点向下与A相下桥臂的第i+Ι个子模块一个 IGBT模块中点相连接;A相下桥臂的第N个子模块，其一个IGBT模块中点向下与直流母线负 极相连接，另一个IGBT模块中点向上与A相下桥臂的第N-1个子模块一个IGBT模块中点相连 接;B相和C相上下桥臂子模块的连接方式与A相一致;在A、B、C相上下桥臂的第i个子模块的 上下输出线之间分别并联有机械开关Kau_i，Kai_i，Kbu_i，Kbi_i，K?_i，Kcd_i，其中i的取值为1~N; 上述连接关系构成的A、B、C三相地位一致，三相轮换对称之后的其他拓扑在权利范围内。3. 根据权利1所述的基于等式约束的辅助电容集中式全桥MMC自均压拓扑，其特征在 于：自均压辅助回路中，辅助电容&正极连接辅助IGBT模块T!，负极连接钳位二极管并入直 流母线正极;辅助电容(：2负极连接辅助IGBT模块T2,正极连接钳位二极管并入直流母线负 极;钳位二极管，通过IGBT模块TauJ连接Α相上桥臂中第1个子模块电容CauJ与辅助电容&正 极;通过IGBT模块Tau_i、Tau_(i+1)连接A相上桥臂中第i个子模块电容Cau_i与第i+Ι个子模块电 容Cau_i+1正极，其中i的取值为1~N-1;通过IGBT模块Tau_N、Taij连接A相上桥臂中第N个子模 块电容Cau_N与A相下桥臂第1个子模块电容Cal_l正极;通过IGBT模块Tal_i、Tal_(i+l)连接A相下 桥臂中第i个子模块电容Cai_i与第i+Ι个子模块电容Cai_i+1的正极，其中i的取值为1~N-1; 通过IGBT模块Tai_N连接A相下桥臂中第N个子模块电容Cai_N与辅助电容C2正极;钳位二极管， 通过IGBT模块TbuJ连接B相上桥臂中第1个子模块电容CblU与辅助电容&负极;通过IGBT模 块Tbu_i、Tbu_a+1)连接B相上桥臂中第i个子模块电容Cbu_i与第i+Ι个子模块电容Cbu_i+1负极， 其中i的取值为1~N-1;通过IGBT模块Tbu_N、Tbij连接B相上桥臂中第N个子模块电容Cbu_N与B 相下桥臂中第1个子模块电容Cbij负极;通过IGBT模块Tbi_i、Tbi_(i+1)连接B相下桥臂中第i个 子模块电容Cbi_i与第i+Ι个子模块电容Cbi_i+1负极，其中i的取值为1~N-1;通过IGBT模块 Tbi_N连接B相下桥臂中第N个子模块电容Cbi_N与辅助电容C2负极;C相中钳位二极管的连接关 系与A相或B相一致;上述A、B、C三相中 6N个IGBT模块Tau_i、Tai_i、Tbu_i、Tbi_i、Tcu_i、Tci_i，其中i 的取值为1~N，6N+5个钳位二极管，2个辅助电容Ci、C2及2个辅助IGBT模块Ti、T2，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集中式全桥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IGBT模块Tau_i、Tai_i、Tbu_i、Tbi_i、Tcu_i、Tci_i常闭，故 障情况时，6N个IGBT模块Tau_i、Tai_i、Tbu_i、Tbi_i、Tcu_i、Tci_i断开，其中i的取值为1~N;正常情 况下，A相上桥臂第一个子模块电容Cau_i旁路时，此时辅助IGBT模块Τι断开，子模块电容Cau_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Cay旁路时，其中i的取值 为2~N，子模块电容Cau_i与子模块电容Cau_i-i通过钳位二极管并联;A相下桥臂第一个子模 块电容Cai_i旁路时，子模块电容Cai」通过钳位二极管、两个桥臂电抗器Lo与子模块电容Cau_N 并联;A相下桥臂第i个子模块电容Cai_i旁路时，其中i的取值为2~N，子模块电容Cai_i与子模 块电容(^1_^通过钳位二极管并联;辅助IGBT模块T2闭合时，辅助电容C2通过钳位二极管与 子模块电容Cai_N并联;辅助IGBT模块Ti闭合时，辅助电容&与子模块电容CbuJ通过钳位二极 管并联;B相上桥臂第i个子模块电容Cbu_i旁路时，其中i的取值为1~N-1，子模块电容Cbu_i与 子模块电容Cbu_i+i通过钳位二极管并联;B相上桥臂第N个子模块电容Cbu_N旁路时，子模块电 容Cbu_N通过钳位二极管、两个桥臂电抗器L〇与子模块电容Cbi_i并联;B相下桥臂第i个子模块 电容Cbi_i旁路时，其中i的取值为1~N-1，子模块电容Cbi_i与子模块电容Cbi_i+1通过钳位二极 管并联;B相下桥臂第N个子模块电容Cbl_N旁路时，子模块电容Cbl_N与辅助电容C2通过钳位二 极管并联;其中辅助IGBT模块Ti的触发信号与A、C相上桥臂第一个子模块触发信号的"逻辑 和" 一致;辅助IGBT模块T2的触发信号与B相下桥臂第N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h、^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，Uci2Ucau_l2Ucau_2…2Ucau_N 2Ucal_l2Ucal_2··· 2Ucal_N2 1? ;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 下歹Ll会勺$，Uci<Ucbu_l<Ucbu_2··· <Ucbu_N<Ucbl_l<Ucbl_2··· <Ucbl_N<Uc2;@f会勺$白勺$甫|^ 电容集中式全桥MMC自均压拓扑，动态过程中，辅助电容Cl·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(：2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，max(Uca)=min(Ucb)，min(Uca)=max(Ucb)，A、B相上 下桥臂中4N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一致;若拓扑 中C相的构成形式与B相一致，则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 一致，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集中式全桥MMC自均压拓扑，其特征在 于:辅助电容&、C2既作为A、B相间电容能量交换的通道，又作为B、C相间电容能量交换的通 道;辅助电容的功能在拓扑中集中利用以减少自均压辅助回路中的器件消耗;辅助电容(^ 的功能集中，辅助电容(： 2的功能不集中；辅助电容&的功能不集中，辅助电容C2的功能集中 的拓扑在权利范围内。6. 根据权利1所述的基于等式约束的辅助电容集中式全桥MMC自均压拓扑，其特征在 于:基于等式约束的辅助电容集中式全桥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(STATC0M)，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集中式全桥MMC自均压拓扑。全桥MMC自均压拓扑，由全桥MMC模型和自均压辅助回路联合构建。全桥MMC模型与自均压辅助回路通过辅助回路中的6<i>N</i>个IGBT模块发生电气联系，IGBT模块触发，两者构成基于等式约束的辅助电容集中式全桥MMC自均压拓扑；IGBT模块闭锁，拓扑等效为全桥MMC拓扑。该全桥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，能够在完成交直流能量转换的基础上，自发地实现子模块电容电压的均衡，同时能相应降低子模块触发频率和电容容值，实现全桥MMC的基频调制。
【IPC分类】H02M7/49
【公开号】CN105450069
【申请号】CN201610047402
【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