一种具有增强电压特性半桥全桥混合型的mmc拓扑的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种柔性直流输电系统，具体涉及具有增强电压特性半桥全桥混 合型的MMC拓扑。
【背景技术】
[0002] 如图1所示，现有的三相模块化多电平换流器(MMC)各相上、下桥臂投入运行的子 模块（电压值为Uc)总数是一个定值N，三相并联从而获得直流电压为N ? Uc;通过对各相这N 个子模块在上、下桥臂之间进行动态分配，可以调制出三相交流电压1^、1^、1^，如图2所 不。
[0003] MMC具有开关频率低损耗小、可单独调节有功无功功率、输出滤波器容量小、电压 谐波畸变率小、无换相失败、易于模块化设计、可靠性高等众多优点，因此得到越来越多的 工程应用，但受其原理限制存在较多问题，如需要电容电压平衡控制和相间环流抑制导致 控制系统复杂;所需子模块数量较多且正常运行时只有一半数量投入送电，导致投资成本 高、子模块利用率低;子模块为带续流二极管的半桥，故障时无法关断直流，必须闭锁换流 器同时跳开交流断路器来保护换流器，电力传输被迫中断；需三相平衡运行，缺相时会有较 大的谐波分量进入直流侧，不可非健全运行。 【实用新型内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种具有增强电压特性半桥全 桥混合型的MMC拓扑，其采用半桥、全桥子模块混合调制交流直流电压，能提高直流电压降 低直流电流以及关断直流故障电流，达到增强电压特性以及故障穿越的目的。
[0005] 为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
[0006] -种具有增强电压特性半桥全桥混合型的MMC拓扑，其包括联接变压器、全波整流 桥、上桥臂半桥区Zpl、上桥臂全桥区Zp2、下桥臂半桥区Znl、下桥臂全桥区Zn2以及预充电 开关K3,其中，联接变压器的一侧连接三相交流进线，其另一侧形成第一电压源和第二电压 源，所述上桥臂半桥区Zpl、上桥臂全桥区Zp2、下桥臂全桥区Zn2和下桥臂半桥区Znl依次 串联，且上桥臂半桥区Zpl远离上桥臂全桥区Zp2的一端连接至正极直流母线，所述下桥臂 半桥区Znl远离下桥臂全桥区Zn2的一端连接至负极直流母线；所述全波整流桥为两个，所 述第一电压源的两个输出端对应连接第一全波整流桥的两个输入端，该第一全波整流桥的 两个输出端连接于上桥臂半桥区Zpl的两端，所述第二电压源的两个输出端对应连接第二 全波整流桥的两个输入端，该第二全波整流桥的两个输出端连接于下桥臂半桥区Znl的两 端，所述上桥臂全桥区Zp2、下桥臂全桥区Zn2之间接地;所述预充电开关K3的一端连接于下 桥臂半桥区Znl和负极直流母线之间，另一端连接于上桥臂半桥区Zpl和正极直流母线之 间;所述上桥臂半桥区Zpl和下桥臂半桥区Znl均由N个半桥子模块串联而成，所述上桥臂全 桥区Zp2和下桥臂全桥区Zn2均由K个全桥子模块串联而成，其中，N和K均为正整数且K 2 N。
[0007] 所述联接变压器包括由第一初级绕组与其对应的第一次级绕组组成的第一变压 器、由第二初级绕组与其对应的第二次级绕组组成的第二变压器、以及第三初级绕组与其 对应的第三次级绕组组成的第三变压器;其中第一初级绕组、第二初级绕组以及第三初级 绕组的首端分别连接于a相交流进线、b相交流进线以及c相交流进线，三者的尾端连接在一 起;所述第一次级绕组的首尾两端形成第一电压源的两个输出端;所述第二次级绕组的尾 端与第三次级绕组的首端相连，第二次级绕组的首端与第三次级绕组的尾端形成第二电压 源的两个输出端。
[0008] 在第一次级绕组的首端或尾端串接一限流电阻Rliml，该限流电阻Rliml并与一旁路 开关S liml并联，在第二次级绕组的首端或第三次级绕组的尾端串接一限流电阻Rlim2，该限流 电阻Rlim2并与一旁路开关Slim2并联。
[0009] 在第一全波整流桥的任意输入端或输出端上连接一电感LQ1，在第二全波整流桥的 任意输入端或输出端上连接一电感L〇2。
[0010] 所述半桥子模块包括开关管T1、开关管T2、反向并联二极管D1、反向并联二极管D2 以及第一电容，其中，所述开关管T1和开关管T2串联，反向并联二极管D1、反向并联二极管 D2分别并接于开关管T1和开关管T2的两端，第一电容的正、负极分别连接于反向并联二极 管D1的负极和反向并联二极管D2的正极。
[0011] 所述开关管T1的集电极和发射极分别与反向并联二极管D1的负极和正极相连，所 述开关管T2的集电极和发射极分别与反向并联二极管D2的负极和正极相连，开关管T1的发 射极还与开关管T2的集电极相连。
[0012]所述开关管T1和开关管T2均为IGBT或IEGT管，所述IGBT或IEGT管的门极与一信号 控制源连接。
[0013] 所述全桥子模块包括共用一第二电容的两个半桥子模块，且该共用一第二电容的 两个半桥子模块相对于第二电容轴对称。
[0014] 具有增强电压特性半桥全桥混合型的MMC(简称HF-MMC)具有以下优点：
[0015] (1)具有传统MMC的普遍优点，如开关频率低损耗小、可单独调节有功无功功率、易 于模块化设计、可靠性高等。
[0016] (2)采用半桥、全桥子模块混合调制交流直流电压，能提高直流电压降低直流电流 以及关断直流故障电流，达到增强电压特性以及故障穿越的目的。
[0017] (3)交流三相电压采用特殊连接方式，形成两路相同波形的电压接入同一个桥臂， 没有采用三个桥臂并联运行的方式，不会形成相间环流从而降低控制难度。
[0018] (4)提高了子模块的利用率，比传统MMC少用一半子模块从而有效降低投资成本。
【附图说明】
[0019] 图1为现有的三相模块化多电平换流器(MMC)的结构示意图；
[0020] 图2为图1中电压调制逼近不意图；
[0021] 图3为本实用新型一种具有增强电压特性半桥全桥混合型的MMC拓扑（HF-MMC)的 结构示意图；
[0022] 图4为图3中电压调制逼近不意图；
[0023]图5为全波整流桥的结构不意图；
[0024]图6为半桥子模块的结构示意图；
[0025]图7为全桥子模块的结构示意图；
[0026] 图8为本实用新型HF-MMC输送功率的原理图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合【具体实施方式】对本实用新型作进一步的说明。
[0028] HF-MMC可以用作整流或逆变，其交流侧与直流侧均采用特殊连接方式，其中交流 侧采用联接变压器实现三相交流进线与换流器的隔离，直流侧采用半桥和全桥子模块的混 合结构，具体如图3所示。
[0029] 1、交流侧拓扑结构
[0030]三相交流进线a、b、c经联接变压器与换流器进行隔离。联接变压器连接交流进线 一侧三相采用Y接，连接换流器一侧可分离出a、b、c的相电压。其中a的相电压形成一路电压 源UAB，而b、c相首尾相接形成另一路电压源UDC。由于三相电压相位差120°，因此这两路电压 源的电压波形反相(相位差180°)。设三相电压为：
[0031 ] i/\；i=Lv/sin{{yr)
[0032] it'h=U，sin(cot- / 20。)
[0033] ?iV(； = u,p -811^(601+ 120°)
[0034] 由此可知《^=-?DC=wrD=t^，sin(G^)
[0035] 考虑到预充电电流较大，因此在两路电压源UAB、U⑶中分别串联限流电阻Rlim，并以 旁路开关S lim各自与Rlim并联。
[003