[实用新型]模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台

说明书

本实用新型公开了一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，属于电力电子技术领域。该实验平台由模块化硬件构成。其中，桥臂模块可转变为整形电路和导通开关电路；电源模块包括辅电模块和交直流侧电源端口，既可连接交、直流源，也可互联多个通用实验平台，满足多端协同控制实验的需求。该平台可满足MMC、HMMC、AAMC、HCMC、模块化多电平DC‑DC换流器等多种拓扑实验，实现利用一个平台开展多类拓扑实验的目的。本实用新型所提出的模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台具有操作简单、功能多样、通用性强、拓展性强、安全性高等优点，有助于加速科研成果的转化。

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台。

背景技术

高压直流输电(HVDC)具有输电效率高、容量大、潮流流向可变、分布式电源易纳入、大型储能设备较少等优势，逐渐成为远距离、跨区域、大容量电力输送的优选方案。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)凭借模块化程度高、输出波形质量好、器件开关频率低等特点，逐渐成为HVDC系统中最具发展前景的换流器之一。由于全桥型MMC 成本高，而半桥型MMC无直流故障穿越能力，因此，一方面，为了具备一定的直流故障穿越能力，提出了HMMC拓扑；另一方面，为了节约成本，结合传统两电平换流器和MMC 的结构特点，提出了HCMC和AAMC两种混合式换流器。但由于HMMC、HCMC和AAMC 存在直流侧谐波含量大、电容电压平衡困难等诸多亟待解决的问题，目前只有MMC在HVDC 工程中少量投入使用。随着对高压直流输电系统的深入研究，新型高压直流配电系统逐渐得到重视，由于MMC具有电压等级高、模块化设计、多电平输出等优势，有学者提出了模块化多电平DC-DC换流器的拓扑，该领域近些年逐渐成为高压直流配电系统的一大研究热点。

为了进一步深入研究MMC类拓扑的特性、优缺点及适用条件，促进其在实际工程中的应用，希望搭建原理验证样机，验证仿真结果，并对比相同条件下不同MMC类拓扑的实验结果。但原理验证样机的搭建存在诸多难点：换流器结构庞大、模块数量众多以及电路设计困难，导致硬件设计难度大；控制结构复杂、信号类型多样、数据总量巨大，导致软件设计难度大。上述难点使得原理验证样机搭建难度大、周期长。目前，一些现有的原理验证样机结构功能单一，可拓展性差，灵活性不够，一种实验平台只能开展一种拓扑实验。因此，如何搭建一种多功能MMC类拓扑通用实验平台，实现多种MMC类拓扑可在一个通用实验平台上开展相关验证实验，加速科研成果转化，成为HVDC工程领域尚未解决的问题。

发明内容

鉴于上述，本实用新型结合MMC类拓扑的共同特点，利用模块化设计的思路，提出了一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，该通用实验平台可进行与MMC、HMMC、AAMC、HCMC和模块化多电平DC-DC换流器相关的实验，多个通用实验平台还可实现多端口协同控制实验，拓扑间切换便捷，可拓展性强。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种模块化多功能MMC类拓扑通用实验平台，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、电感模块、隔离变压器和保护模块；

所述桥臂模块包括上桥臂模块和下桥臂模块，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；

所述采样模块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。