[发明专利]一种用于三相模块化多电平变换器的子模块电路

说明书

本发明公开了一种用于三相模块化多电平变换器的子模块电路，由2个储能电容、12个带反向二极管的功率开关管和6个功率二极管组成；当子模块电路替换靠近直流侧正极的六个半桥型子模块时，子模块电路的第一电容连接第一、二、三开关管的集电极的一端与直流侧正极相连，第四、五、六开关管的发射极分别与三相模块化多电平变换器剩余的子模块连接；当子模块电路替换靠近直流侧负极的六个半桥型子模块时，第二电容连接第十、十一、十二开关管的发射极的一端与直流侧负极相连，第四、五、六开关管的发射极分别与三相模块化多电平变换器剩余的子模块连接。本发明在保持原有功能不变的情况下，可使电容数量减少4个，降低变换器体积和成本。

技术领域

本发明涉及模块化多电平变换器的技术领域，尤其是指一种用于三相模块化多电平变换器的子模块电路。

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，大多为包含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。目前的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，提出了一种用于三相模块化多电平变换器的子模块电路，可用于替换三相模块化多电平变换器中靠近直流侧正极或负极的6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：一种用于三相模块化多电平变换器的子模块电路，所述子模块电路包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管和第十二开关管；所述第一电容的一端、第一开关管的集电极、第二开关管的集电极和第三开关管的集电极连接在一起；所述第一二极管的阴极、第一开关管的发射极和第四开关管的集电极连接在一起；所述第三二极管的阴极、第二开关管的发射极和第五开关管的集电极连接在一起；所述第五二极管的阴极、第三开关管的发射极和第六开关管的集电极连接在一起；所述第四开关管的发射极和第七开关管的集电极连接；所述第五开关管的发射极和第八开关管的集电极连接；所述第六开关管的发射极和第九开关管的集电极连接；所述第一电容的另一端、第二电容的一端、第一二极管的阳极、第二二极管的阴极、第三二极管的阳极、第四二极管的阴极、第五二极管的阳极和第六二极管的阴极连接在一起；所述第二二极管的阳极、第七开关管的发射极和第十开关管的集电极连接在一起；所述第四二极管的阳极、第八开关管的发射极和第十一开关管的集电极连接在一起；所述第六二极管的阳极、第九开关管的发射极和第十二开关管的集电极连接在一起；所述的第二电容的另一端、第十开关管的发射极、第十一开关管的发射极和第十二开关管的发射极连接在一起；

当所述子模块电路用于替换三相模块化多电平变换器中靠近直流侧正极的六个半桥型子模块时，所述第一电容连接第一开关管、第二开关管、第三开关管的集电极的一端与直流侧正极相连，所述第四开关管、第五开关管、第六开关管的发射极分别与三相模块化多电平变换器剩余的子模块连接；