[发明专利]一种三相串联混合式MMC拓扑结构及控制方法

说明书

一种三相串联混合式MMC拓扑结构及控制方法。涉及电力系统技术领域，具体涉及一种三相串联MMC拓扑结构及控制方法的改进。包括直流侧电路和交流侧电路，所述直流侧电路包括A、B、C三相串联连接的桥臂电路，三相的所述桥臂电路具有相同结构；所述直流侧电路的两端，分别连接直流侧的正负端口；任一相的所述桥臂电路的两端均并联有电容，且三相的所述电容串联连接；所述交流侧电路包括分别连接三相的所述桥臂电路的三个全桥子模块阀串、三个电感和三个变压器；本发明在无功补偿状态下,保证MMC正常工作，为故障清除提供必要时间。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种三相串联MMC拓扑结构及控制方法的改进。

背景技术

近年来，随着直交流配电网的发展，MMC(模块化多电平换流器)成为中压交、直流配电网互联与能量交换的关键装置。

中国专利CN112615388A(一种含分布式储能单元的中高压供电质量统一调节器)公开了一种MMC拓扑结构，通过六个桥臂、两两上下级联，形成三个相单元，三个相单元并联连接，上端口连接直流输入端正极、下端口连接直流输入端负极。用于输入电压为V_dc的转换时，每个桥臂都需要N个子模块，六个桥臂共需6N个子模块。MMC需要庞大数量的子模块，具有占地面积大、功率密度低和成本高昂的缺点。

实际应用中，为降低MMC的子模块用量，有两种选择：一种是沿用现有连接结构，提高单个子模块的电容电压；另一种是改进MMC的连接结构，使得同等水平的功率转换下所需子模块的数量减少，即提高MMC的功率密度。

而前种方法，单纯通过增大子模块的电容电压方式来减少MMC所需子模块的数量、实现装置体积减小，将导致子模块电容容量增加、子模块开关承压增大，最终导致MMC损耗增加，降低整体装置的效率，可行性差。因此，如何采用后种方法，通过改进MMC拓扑结构、调整控制方式，减小MMC所需子模块数量，最终实现MMC的功率密度提升、降低装置体积和成本，成为亟待解决的技术难题。

为解决前述技术问题，此前，我们提交了申请号为2021111071015(一种串联式MMC拓扑结构及控制方法)的发明专利申请文件(以下称前案)，前案相比传统MMC结构能够降低1/3的子模块用量。在继续研究中，我们发现，因前案的1-4桥臂组和2-3桥臂组交替接入电路，实质上电路利用的有效的子模块数量只有MMC拓扑总子模块数量的一半，始终存在一半数量的子模块闲置。本着如何进一步提高子模块的利用率，提高MMC的功率密度的目的，本案提出了以下技术方案。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种运行效率更高，实现轻量化的、高功率密度的三相串联混合式MMC拓扑结构及控制方法。

本发明的技术方案为：

一种三相串联混合式MMC拓扑结构，包括直流侧电路和交流侧电路，

所述直流侧电路包括A、B、C三相串联连接的桥臂电路，三相的所述桥臂电路具有相同结构；所述直流侧电路的两端，分别连接直流侧的正负端口；任一相的所述桥臂电路的两端均并联有电容，且三相的所述电容串联连接；

所述交流侧电路包括分别连接三相的所述桥臂电路的三个全桥子模块阀串、三个电感和三个变压器；

所述桥臂电路包括上子模块阀串、下子模块阀串，分别记为arm1、arm2；所述arm1和arm2之间还串联连接有开关电路；所述开关电路包括四个串接的桥臂开关组，记为S1、S2、S3和S4；所述S1、S2之间设上抽头，所述S3、S4之间设下抽头，所述S1、S3之间设左抽头，所述S2、S4之间设右抽头；所述上抽头连接所述arm1的下端，所述下抽头连接所述arm2的上端；所述全桥子模块阀串的一端连接所述左抽头，另一端串接所述电感后连接所述变压器的原边上端；所述右抽头连接所述变压器的原边下端；

三个所述变压器的副边上端分别形成交流侧A、B、C三相的输出口，三个所述变压器的副边下端相互连接形成交流侧的中性点。