[发明专利]一种用于模块化多电平变换器的飞跨电容式子模块电路

说明书

本发明公开了一种用于模块化多电平变换器的飞跨电容式子模块电路，由2个储能电容和4个带反向二极管的功率开关管组成；当子模块电路用于替换模块化多电平变换器中靠近交流电压输出侧的四个半桥型子模块时，子模块电路的第一电容连接第一开关管的集电极的一端与模块化多电平变换器中的桥臂电感或上桥臂其余的子模块相连，第二开关管的发射极与模块化多电平变换器的负载连接，第一电容连接第四开关管的发射极的一端与模块化多电平变换器中的桥臂电感或下桥臂其余的子模块连接。本发明在保持原有功能不变的情况下，使电容数量减少2个，带反向二极管的功率开关管数量减少4个，从而减少模块化多电平变换器的体积和成本。

技术领域

本发明涉及模块化多电平变换器的技术领域，尤其是指一种用于模块化多电平变换器的飞跨电容式子模块电路。

背景技术

为了满足大容量电力输送以及增强电网可控性的要求，柔性直流输电技术呈现快速发展的势头。作为柔性直流输电工程的核心技术，模块化多电平变换器(modularmultilevel converter，MMC)得到了广泛的应用。现有MMC变换器，尤其是高压领域，大多包含为各种子模块的混合型MMC变换器。在整个MMC变换器中，半桥型子模块占了较大的一部分。虽然相较于传统的整流、逆变器，模块化多电平变换器具有模块化、开关频率低、开关损耗小、开关器件电压应力低等优点，但是模块化多电平变换器在应用过程中也遇到一系列的问题，其中最为突出的是电容问题。从模块化多电平变换器的原理上讲，需要配备大量的电容，这些电容电压应力较高，同时为了控制电容电压纹波，电容值较高，电容占到整个模块化多电平器件的体积的1/2和成本1/3以上。现有技术无法有效缩减模块化多电平变换器中电容的数量，电容已经成为制约模块化多电平变换器技术发展的瓶颈。为此，亟待提出一种新型的模块化多电平拓扑结构，以显著减少模块化多电平变换器的电容数量，实现模块化多电平变换器小型化与制造成本降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种用于模块化多电平变换器的飞跨电容式子模块电路，可用于替换模块化多电平变换器中靠近交流电压输出侧的四个半桥型子模块，在保持原有功能不变的情况下，使电容数量减少2个，带反向二极管的功率开关管数量减少4个，从而减少模块化多电平变换器的体积和成本。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种用于模块化多电平变换器的飞跨电容式子模块电路，所述子模块电路包括第一电容、第二电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一电容的一端和第一开关管的集电极连接；所述第二电容的一端、第一开关管的发射极和第二开关管的集电极连接在一起；所述第二开关管的发射极和第三开关管的集电极连接；所述第二电容的另一端、第三开关管的发射极和第四开关管的集电极连接在一起；所述第一电容的另一端和第四开关管的发射极连接；

当所述子模块电路用于替换模块化多电平变换器中靠近交流电压输出侧的四个半桥型子模块时，所述第一电容连接第一开关管的集电极的一端与模块化多电平变换器中的桥臂电感或上桥臂其余的子模块相连，所述第二开关管的发射极与模块化多电平变换器的负载连接，所述第一电容连接第四开关管的发射极的一端与模块化多电平变换器中的桥臂电感或下桥臂其余的子模块连接。

进一步，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管为带反向二极管的功率开关管，每一个带反向二极管的功率开关管由一个功率开关管和一个功率二极管组成。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：