基于不等式约束的辅助电容分布式半桥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分布式半桥 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(Sub-module，SM)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] 半桥MMC由半桥子模块组合而成，半桥子模块由2个IGBT模块，1个子模块电容，1个 晶闽管及1个机械开关构成，成本低，运行损耗小。
[0004] 与两电平、S电平VSC不同，半桥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半桥MMC中半桥子模块电容电压均 衡问题的主流思路，运一方案良好的均压效果在仿真和实践中都能得到验证，但是也在不 断地暴露着它的一些固有缺陷。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，当半桥子模块数目增加时，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的半桥MMC自均压拓扑。
[000引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分布式半桥MMC自均压拓扑，包括由A、B、CS相构成的 半桥匪C模型，A、B、CS相分别由2N个半桥子模块，2个桥臂电抗器串联而成;包括由6N个机 械开关，6化11个错位二极管，8个辅助电容，4个辅助IGBT模块组成的自均压辅助回路。
[0010] 上述基于不等式约束的辅助电容分布式半桥MMC自均压拓扑，A相上桥臂的第I个 子模块，其子模块电容负极向下与A相上桥臂的第2个子模块IGBT模块中点相连接，其子模 块IGBT模块中点向上与直流母线正极相连接；A相上桥臂的第i个子模块，其中i的取值为2 ~N-I，其子模块电容负极向下与A相上桥臂的第i+1个子模块IGBT模块中点相连接，其子模 块IGBT模块中点向上与A相上桥臂的第i-1个子模块电容负极相连接;A相上桥臂的第N个子 模块，其子模块电容负极向下经两个桥臂电抗器与A相下桥臂的第1个子模块IGBT模块中点 相连接，其子模块IGBT模块中点向上与A相上桥臂的第N-I个子模块电容负极相连接;A相下 桥臂的第i个子模块，其中i的取值为2~N-I，其子模块电容负极向下与A相下桥臂的第i+1 个子模块IGBT模块中点相连接，其IGBT模块中点向上与A相下桥臂的第i-1个子模块电容负 极相连接;A相下桥臂的第N个子模块，其子模块电容负极向下与直流母线负极相连接，其子 模块IGBT模块中点向上与A相下桥臂的第N-I个子模块电容负极相连接;B相上桥臂的第1个 子模块，其子模块电容正极向上与直流母线正极相连接，其子模块IGBT模块中点向下与B相 上桥臂的第2个子模块电容正极相连接；B相上桥臂的第i个子模块，其中i的取值为2~N-1，其子模块电容正极向上与B相上桥臂的第i-1个子模块IGBT模块中点相连接，其子模块 IGBT模块中点向下与B相上桥臂的第i+1个子模块电容正极相连接;B相上桥臂的第N个子模 块，其子模块电容正极向上与B相上桥臂的第N-I个子模块IGBT模块中点相连接，其子模块 IGBT模块中点向下经两个桥臂电抗器与B相下桥臂的第1个子模块电容正极相连接;B相下 桥臂的第i个子模块，其中i的取值为2~N-I，其子模块电容正极向上与B相下桥臂的第i-1 个子模块IGBT模块中点相连接，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 电容正极相连接;B相下桥臂的第N个子模块，其子模块电容正极向上与B相下桥臂第N-I个 子模块IGBT模块中点相连接，其子模块IGBT模块中点向下与直流母线负极相连接;C相上下 桥臂子模块的连接方式与A相或B相一致。
[0011] 上述基于不等式约束的辅助电容分布式半桥MMC自均压拓扑，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;第五个辅助电容与第六个辅助电容通过错位二极 管并联，第五个辅助电容正极连接辅助IGBT模块第六个辅助电容负极连接错位二极管并入 直流母线正极;第屯个辅助电容与第八个辅助电容通过错位二极管并联，第八个辅助电容 负极连接辅助IGBT模块第屯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，通过机械开关连接A相上桥臂中第1个子模块电容与第一个辅助电容正极;通过机械开 关连接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~N-I; 通过机械开关连接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 机械开关连接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;通过机械开关连接A相下桥臂中第N个子模块电容与第S个辅助电容正 极。错位二极管，通过机械开关连接B相上桥臂中第二个子模块电容与第一个辅助电容负 极;通过机械开关连接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~N-I;通过机械开关连接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;通过机械开关连接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I~N-1;通过机械开关连接B相下桥臂中第N个子模块电容与第四个 辅助电容负极。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错位二极管的 连接方式与A相一致，同时第六个辅助电容正极经机械开关、错位二极管连接C相上桥臂第 一个子模块电容正极