[发明专利]降低电容体积的MMC子模块

说明书

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种降低电容体积的MMC子模块。

背景技术

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,简称MMC)是新一代不需要变压器而实现高、中压电力转换的多级转换器中的一种，自2002年德国慕尼黑联邦国防军大学的R.Marquart和A.Lesnicar共同提出MMC以来，MMC以其模块化程度高、阶跃电压低、输出波形质量高、故障处理能力强、器件开关频率低等特点成为了当今柔性直流输电领域最为主流的电压源换流器结构。近年投运了大量基于MMC的柔性直流输电工程，但是由于MMC子模块的电容值较大，子模块体积较大，严重影响了MMC直流输电工程的占地面积和成本。

根据现有的工程实际情况，MMC子模块电容在子模块中所占体积超过子模块体积的50％，重量更是达到了子模块重量90％以上。如果能够采取有效的方案来降低子模块电容的体积，将带来显著的经济效益。目前很少有降低MMC子模块电容体积方面的研究，K.Ilves等在标题为Capacitor voltage ripple shaping in modular multilevel converters allowing for operating region extension(Proc.37th Annu.Conf.IEEE Ind.Electron.Soc.,Nov.2011,pp.4403-4408)的文章中通过插入环流来调整电容电压波形的形状，使电容电压波动峰值出现的时刻尽量与桥臂需要输出最高电压的时刻接近,从而降低电容电压水平、放宽电容电压波动率的限制。但是这种方案会增加桥臂电流值，增大所采用的功率器件的额定值以及增加功率损耗。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种降低电容体积的MMC子模块，以解决上述问题。

本发明提供的降低电容体积的MMC子模块，至少包括电容单元和与所述电容单元连接的开关单元，所述电容单元包括主电容和从电容，所述开关单元包括分别与主电容和从电容串联连接并用于控制改变主电容和从电容的串并联结构的开关，通过控制开关使主电容产生电压波动，并通过从电容对主电容的电压波动进行补偿。

进一步，所述开关为设置有反并联二极管的开关管。

进一步，所述开关管包括S_l、S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₂₁、S₂₂，所述主电容为C₁₁，所述从电容包括C₂₁、C₂₂，所述开关管S_l的集电极为MMC子模块的输入端，发射极为MMC子模块的输出端；所述开关管S₁₁的发射极与输入端连接，集电极与从电容C₂₁的正极连接；所述开关管S₁₂与开关管S₂₁反向串联，其中开关管S₁₂的发射极与输入端连接，开关管S₂₁的发射极与从电容C₂₂的正极连接；所述开关管S₁₃与开关管S₂₂反向串联，其中开关管S₁₃的发射极与输入端连接，开关管S₂₂的发射极与从电容C₂₂的负极连接；所述主电容C₁₁的正极分别与从电容C₂₁的负极和从电容C₂₂负极连接，主电容C₁₁的负极与输出端连接。

进一步，所述电容单元包括三种工作模式，工作模式一为主电容C₁₁和从电容C₂₁串联接入电网，工作模式二为主电容C₁₁和从电容C₂₂串联接入电网，工作模式三为主电容C₁₁单独接入电网。

进一步，当输电系统的运行功率在满功率状态下时，所述电容单元在三种工作模式均可使用。

进一步，当输电系统的运行功率在高于系统额定功率的50％且低于额定功率的75％时，控制电容单元处于工作模式二或工作模式三之下。

进一步，当输电系统的运行功率在低于系统额定功率的50％时，控制电容单元只处于工作模式三之下。