[发明专利]一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台及其方法

权利要求书

1.一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，其特征在于，可为多种MMC类换流器级拓扑提供通用化的实验平台；所述的实验平台由机柜和安装在机柜内的模块化硬件构成，所述模块化硬件包括桥臂模块、采样模块、电源模块、控制模块、电感模块、隔离变压器和保护模块；所述的采样模块、保护模块、桥臂模块、电源模块、电感模块和隔离变压器的工作状态均由控制模块控制；

所述多种MMC类换流器级拓扑包括AAMC拓扑、HCMC拓扑和模块化多电平DC-DC拓扑；所述采样模块分为换流器级采样和全桥子模块采样，均由采样板和从控制器构成，设有多路电压检测端口和电流检测端口，所述电压检测端口并联设置在上桥臂模块和下桥臂模块、隔离变压器输入端和输出端、以及电源模块的直流侧电源端口处，所述电流检测端口设置在换流器的桥臂侧、交流侧和直流侧；

所述保护模块包括直流侧保护、交流侧保护和全桥子模块保护，直流侧保护和交流侧保护包括串联连接的空气开关和可控断路器；

所述桥臂模块包括上桥臂模块和下桥臂模块，所述上桥臂模块和下桥臂模块均由若干个全桥子模块串联构成，通过控制模块控制后，可转变为导通开关电路和整形电路；每个全桥子模块均为由全桥子模块采样、从控制器、功率板和全桥子模块保护组成的独立单元；每一相上桥臂模块的输入端经采样模块的换流器级电流采样和保护模块的直流侧保护后，再与电源模块的直流侧电源端口正极相连；下桥臂模块的输入端与电源模块的直流侧电源端口负极相连；上桥臂模块和下桥臂模块的输出端经采样模块的换流器级采样后，再与电感模块的输入端相连；所述电感模块中每一相的两个输出端相连，经采样模块的换流器级采样和保护模块的交流侧保护后，再与隔离变压器的输入端相连；所述隔离变压器的输出端与电源模块的交流侧电源端口相连；

所述控制模块包括主控制器和从控制器，所述主控制器设有多个光纤通讯接口，通过光纤与各从控制器之间通讯；所述从控制器集成有高性能DSP；

所述AAMC拓扑通过控制模块中AAMC的控制及调试程序控制桥臂模块实现，使得部分全桥子模块转变为导通开关电路，切除其中的电容并保证电流的流通；另一部分全桥子模块转变为整形电路；

所述HCMC拓扑通过控制模块中HCMC的控制及调试程序控制桥臂模块实现，使得部分全桥子模块转变为导通开关电路，切除其中的电容并保证电流的流通；另一部分全桥子模块转变为整形电路；同时，控制上、下桥臂模块中的导通开关电路共接为输出端口，并与整形电路的输入端口相连，整形电路输出端口与电感模块的输入端相连；然后根据所需导通开关电路和全桥结构的数量，控制全桥子模块处于导通开关电路或全桥结构状态；

所述模块化多电平DC-DC拓扑通过控制模块中模块化多电平DC-DC的控制及调试程序控制桥臂模块实现；对于单端输出的模块化多电平DC-DC换流器，主电路仅选择一对上、下桥臂模块，输出谐振电路由电感模块和另一个桥臂模块组成，所述主电路所在桥臂的输出端口经电感模块与另一桥臂模块的输出端口相连；主电路的上、下桥臂模块根据所需全桥结构或半桥结构的数量，控制全桥子模块处于全桥结构或半桥结构状态，而输出谐振电路的桥臂模块当作可调电容使用，通过控制全桥子模块的投切数量来调节桥臂模块整体电容值的大小，在运行时无需充电。

2.如权利要求1所述的一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，其特征在于，所述机柜内设置有桥臂模块状态显示屏和电压电流显示屏，所述桥臂模块状态显示屏通过网线与主控制器相连，可显示的桥臂模块状态包括正常状态、运行状态、过压状态、过流状态、过温状态和通信错误；所述电压电流显示屏与电源模块和采样模块相连。

3.如权利要求1所述的一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，其特征在于，所述电源模块包括辅电模块、交流侧电源端口和直流侧电源端口。

4.如权利要求1所述的一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，其特征在于，所述电感模块由6组电感值可调的电感子模块构成。

5.一种如权利要求1所述的模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据实验需求确定拓扑类型，以及整形电路、导通开关电路所需的全桥子模块的数量，若所需数量小于通用实验平台所提供的数量，则控制多余的全桥子模块处于切除状态；若等于通用实验平台所提供的数量，则无需调整；若大于通用实验平台所提供的数量，则串联加入多个额外的全桥子模块；

步骤2：在试验平台的控制模块内部集成有模块化程序，包括AAMC、HCMH和模块化多电平DC-DC换流器的控制及调试程序，根据拓扑类型选择相应的连接方式和控制及调制程序；

步骤3：开启电源模块，通过主控制器执行相应的控制及调试程序，获取实验数据并保存。