基于不等式约束的无辅助电容式单箝位mmc自均压拓扑的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及柔性输电领域，具体涉及一种基于不等式约束的无辅助电容式单箝位 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] 单箝位MMC由单箝位子模块组合而成，每个单箝位子模块由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、三电平VSC不同，丽C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，需要大量的传感器以及 光纤通道加以配合;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"A DC-Link Voltage Self-Balance Method for a Diode-Clamped Modular Multilevel Converter With Minimum Number of Voltage Sensors"，提出了一 种依靠钳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，三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，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箝位能力的单箝位MMC自均压拓扑。
[0008] 本发明具体的构成方式如下。
[0009] 基于不等式约束的无辅助电容式单箝位MMC自均压拓扑，包括由A、B、C三相构成的 单箝位丽C模型，A、B、C三相分别由2N个单箝位子模块，2个桥臂电抗器串联而成;包括由6N 个IGBT模块，6N+1个钳位二极管构成的自均压辅助回路。
[0010] 上述基于不等式约束的无辅助电容式单箝位MMC自均压拓扑，A相上下桥臂，单箝 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~N-I，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+Ι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-Ι个子模块二极管与 IGBT模块联结点相连;A相上桥臂的第N个子模块，其子模块二极管与IGBT模块联结点向下 经两个桥臂电抗器Lo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N-I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~N-I，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N个子模块，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N-I个子模块二极管与 IGBT模块联结点相连。B相上下桥臂，单箝位子模块中，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i的取值为2~N-I，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-Ι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+Ι个子模块二极管与IGBT模块联结点相连;B相上桥臂的第N 个子模块，其子模块二极管与IGBT模块联结点向上与B相上桥臂的第N-I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Lo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;B相下桥臂的第i个子模块，其中i的取值为2~N-I，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-Ι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+Ι个子模块二极管与IGBT模块联结点相连;B相下桥 臂的第N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N-I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 的连接方式可以与A相一致，也可以与B相一致。
[0011] 上述基于不等式约束的无辅助电容式单箝位MMC自均压拓扑，其自均压辅助回路 中，钳位二极管，通过IGBT模块连接A相上桥臂中第i个子模块电容与第i+Ι个子模块电容正 极，其中i的取值为1~N-I;通过IGBT模块连接A相上桥臂中第N个子模块电容与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~N-I。钳位二极管，通过IGBT模块连接B相上桥臂中 第i个子模块电容与第i+Ι个子模块电容负极，其中i的取值为1~N-I;通过IGBT模块连接B 相上桥臂中第N个子模块电容与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 + Ι个子模块电容负极，其中i的取值为1~N-I。同 时钳位二极管，通过IGBT模块连接A相上桥臂第一个子模块电容与B相上桥臂第一个子模块 电容负极;通过IGBT模块连接A相下桥臂第N个子模块电容与B相下桥臂第N个子模块电容正 极。C相中钳位二极管的连接关系与A相或B相相似。
【附图说明】
[0012] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0013] 图1是单箝位的结构示意图； 图2是基于不等式约束的无辅助电容式单箝位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，以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。但基于该原理的单箝位MMC自均压拓扑不限于图2。
[0015] 参考图2,基于不等式约束的无辅助电容式单箝位MMC自均压拓扑，包括由A、B、C三 相构成的单箝位MMC模型，A、B、C三相分别由2N个单箝位子模块，2个桥臂电抗器串联而成； 包括由6N个IGBT模块，6N+1个钳位二极管构成的自均压辅助回路。
[0016] 单箝位MMC模型中，A相上下桥臂，单箝位子模块中，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~N-I，其子模块二极管与 IGBT模块联结点向下与