[发明专利]基于等式约束的辅助电容分布式半桥/单箝位混联MMC自均压拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及柔性输电领域，具体涉及一种基于等式约束的辅助电容分布式半桥/单箝位混联MMC自均压拓扑。

背景技术

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。

半桥/单箝位混联MMC由半桥子模块及单箝位子模块组合而成。半桥子模块由2个IGBT模块，1个子模块电容，1个晶闸管及1个机械开关构成；单箝位子模块由3个IGBT模块、1个子模块电容，一个二极管及1个机械开关构成。该混联MMC，成本低，运行损耗小，同时能箝位直流侧故障。

与两电平、三电平VSC不同，半桥/单箝位混联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。

基于电容电压排序的排序均压算法是目前解决半桥/单箝位混联MMC中子模块电容电压均衡问题的主流思路。但是，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。

文献“ADC-LinkVoltageSelf-BalanceMethodforaDiode-ClampedModularMultilevelConverterWithMinimumNumberofVoltageSensors”，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

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且具有直流故障箝位能力的半桥/单箝位混联MMC自均压拓扑。

本发明具体的构成方式如下。

基于等式约束的辅助电容分布式半桥/单箝位混联MMC自均压拓扑，包括由A、B、C三相构成的半桥MMC模型，A、B、C三相每个桥臂分别由K个半桥子模块、N-K个单箝位子模块及1个桥臂电抗器串联而成；包括由6N个辅助开关（6K个机械开关，6N-6K个IGBT模块），6N+7个钳位二极管，4个辅助电容，4个辅助IGBT模块组成的自均压辅助回路。