模块 电容Cbu_N通过箝位二极管、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+i通过箝位二 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C4通过箝位 二极管并联。其中辅助IGBT模块h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。
[0019] 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，A、B相上下桥臂间电容电压在箝位二极管的作用下，满足下列约束：
由于辅助电容&、〇2、(：3、〇4电压的关系满足：
由此可知， C、Β相间的约束条件与A、Β相间的约束条件一致。
[0020] 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。
[0021] 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. 基于不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+7个箝位二极管，4个辅助电容C!、C 2、C3、C4，2个辅助IGBT模 块h、T2构成的自均压辅助回路。2. 根据权利1所述的基于不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，Α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K au_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所述的基于不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Ci与辅助电容C 2通过箝位二极管并联，辅助电容C2正极连 接辅助IGBT模块Ti，辅助电容&负极连接箝位二极管并入直流母线正极;辅助电容C 3与辅助 电容C4通过箝位二极管并联，辅助电容C3负极连接辅助IGBT模块T2,辅助电容C4正极连接箝 位二极管并入直流母线负极;箝位二极管，通过IGBT模块T auJ连接Α相上桥臂中第1个子模 块电容Cu与辅助电容&正极;通过IGBT模块Tau_i、T au_i+1连接A相上桥臂中第i个子模块 电容C-au-_i与第i+Ι个子模块电容C- au-_i+1正极，其中i的取值为1~N-1;通过IGBT模块Tau_ N、 Tal_l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_al-_1正极;通 过IGBT模块Tai_i、Tai_i+i连接A相下桥臂中第i个子模块电容C-ai-_i与A相下桥臂第i+Ι个子模 块电容C- ai-_i+1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C-alN与辅助电容C3正极;箝位二极管，通过IGBT模块T blu连接B相上桥臂中第1个子 模块电容Cu与辅助电容C2负极;通过IGBT模块T bu_i、Tbu_i+1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+1负极，其中i的取值为1~N-1;通过IGBT模块 Tbu_N、Tbi_i连接B相上桥臂中第N个子模块电容C-bu_N与B相下桥臂第1个子模块电容C_bi-_1负 极;通过IGBT模块T bi_i、Tbi_i+1连接B相下桥臂中第i个子模块电容相下桥臂第i+1 个子模块电容C- bi-_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C_bl-_N与辅助电容C4负极;C相箝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、T ci_i，其中 i 的取值为 1 ~N，6N+7 个箝 位二极管，4个辅助电容&、C2、C3、C4及2个辅助IGBT模块?\、T 2，共同构成自均压辅助回路。4. 根据权利1所述的基于不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、T cu_i、Tci_i常闭，故 障情况时，6N个IGBT模块Tau_i、Tai_i、Tbu_i、Tbi_i、T cu_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C- au-_i旁路时，此时辅助IGBT模块Τι断开，子模块电容 C-au-J与辅助电容&通过箝位二极管并联;Α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-i通过箝位二极管并联;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通过箝位二极管、两个桥臂电抗器L〇与子 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-ai_i-:通过箝位二极管并联;辅助IGBT模块T2闭合时，辅助电容 C3通过箝位二极管与子模块电容C_al_N并联;辅助IGBT模块Τι闭合时，辅助电容C2与子模块 电容C-bu-^通过箝位二极管并联;Β相上桥臂第i个子模块电容C- bu-_i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通过箝位二极管并联;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通过箝位二极管、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通过箝位二极管并联;B相下桥臂N个子模块电容C_bi_N旁路时， 子模块电容C- b匕n与辅助电容C-4通过箝位二极管并联;其中辅助IGBT模块h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箝位二极管的作用 下，满足下列约束，Uc-l 2 Uc-au-1 2 Uc-au-2··· 2 Uc-au-Uc-al-1 2 Uc-al-2··· 2 Uc-al-Uc-3;B 相上 下桥臂子模块电容电压在箝位二极管的作用下，满足下列约束，Uc-2 < Uc-bu_l < Uc-bu_2…< Uc-bu-N仝Uc-bl-1仝Uc-bl-2···仝Uc-bl-d4;依靠着辅助电容Cl、C2电fE之间，辅助电容C3、C4电 压之间的两个不等式约束，说- 1<1^-2，1^-321^-4 4』相上下桥臂的4~个子模块电容，(^」、 Cai_i、Cbu_i、Cbi_i，其中i取值为1~N，以及辅助电容&、C 2、C3、C4，电压处于自平衡状态，拓扑 的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;在利用箝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，依靠辅助电容间的不等式约束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所述的基于不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&、(：2、(： 3、〇4既作为厶』相间电容能量交换的通道，又作为8、(：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C 3、C4的功能不集中；辅助电容(^、(：2的功能不集中，辅助电 容C3、C4的功能集中的拓扑在权利范围内。6. 根据权利1所述的基于不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:基于不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(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】本发明提供基于不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，两者构成基于不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】H02M7/483, H02M7/5387
【公开号】CN105515424
【申请号】CN201610047417
【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4月20日
【申请日】2016年1月25日