CN105186911A - 直流侧级联h桥的混合模块组合多电平变换器 - Google Patents

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张波
付坚
丘东元
韩冲
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Abstract

本发明提供直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器，由<i>a</i>相电路、<i>b</i>相电路、<i>c</i>相电路、正极级联H桥、负极级联H桥、第一电容、第二电容构成；正极级联H桥、负极级联H桥结构完全一致，均由M个全桥子模块构成；<i>a</i>相电路、<i>b</i>相电路、<i>c</i>相电路结构完全一致，均由上桥臂和下桥臂构成，其中上桥臂和下桥臂的电路结构完全一致，均由N个半桥子模块和电感构成。与现有的仅由半桥子模块构成的MMC比较，具有直流侧短路故障自清除能力；与现有的仅由全桥子模块构成的MMC比较，节省了大量的开关管，降低了成本。

Description

直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器
技术领域
本发明涉及组合模块多电平变换器领域，具体涉及直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器。
背景技术
随着高压直流输电的不断发展，多电平变换器得到了巨大的发展。其中，模块组合多电平变换器（ModularMultilevelConverter，MMC）作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平变换器的优点，模块组合多电平变换器采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作；具有不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力，系统可靠性高；由于具有公共直流母线，模块组合多电平变换器尤其适用于高压直流输电系统应用。
目前，MMC子模块主要有半桥子模块和全桥子模块两种。由半桥子模块构成的MMC结构简单，但不具有直流侧短路故障自清除能力；由全桥子模块构成的MMC具有直流侧短路故障自清除能力，但需要双倍的器件，成本非常高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器。
本发明采用的技术方案是：直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器由a相电路、b相电路、c相电路、正极级联H桥、负极级联H桥、第一电容、第二电容构成；其中，a相电路、b相电路、c相电路的结构完全相同，正极级联H桥、负极级联H桥结构完全相同。其中，第一电容的正极与正极级联H桥的一端、直流输电系统直流侧的正极连接，正极级联H桥的另一端与a相电路的一个直流端、b相电路的一个直流端、c相电路的一个直流端连接，a相电路的另一个直流端与b相电路的另一个直流端、c相电路的另一个直流端、负极级联H桥的一端连接，负极级联H桥的另一端与第二电容的负极、直流输电系统直流侧的负极连接，第二电容的正极与第一电容的负极、地连接；a相电路的交流端与直流输电系统a相交流侧连接，b相电路的交流端与直流输电系统b相交流侧连接，c相电路的交流端与直流输电系统c相交流侧连接。
进一步地，所述a相电路由上桥臂、下桥臂构成，上桥臂的一端作为a相电路的一个直流端，上桥臂的另一端与下桥臂的一端连接，共同作为a相电路的交流端，下桥臂的另一端作为a相电路的另一个直流端；所述上桥臂与下桥臂的结构完全相同。
进一步地，所述上桥臂由N个半桥子模块和电感构成；N个半桥子模块依次串联，形成半桥子模块串，半桥子模块串的一端与电感的一端连接，半桥子模块串的另一端作为上桥臂的一端，电感的另一端作为上桥臂的另一端。
进一步地，所述正极级联H桥由M个全桥子模块构成，M个全桥子模块依次串联。
进一步地，所述半桥子模块由第一开关管、第二开关管和第三电容构成；第一开关管的集电极和第三电容的正极连接，第三电容的负极与第二开关管的发射极连接，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极连接；第二开关管的集电极、发射极作为半桥子模块的两端。
进一步地，所述全桥子模块由第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管和第四电容构成；第三开关管的集电极与第四电容的正极、第四开关管的集电极连接，第三开关管的发射极与第五开关管的集电极连接，第四开关管的发射极与第六开关管的集电极连接，第五开关管的发射极与第四电容的负极、第六开关管的发射极连接；第五开关管的集电极、第六开关管的集电极作为全桥子模块的两端。
与现有技术相比，本发明具有的优势为：具有直流侧短路故障自清除能力。与现有的仅由半桥子模块构成的MMC相比较，本发明具有直流侧短路故障自清除能力；与现有的仅由全桥子模块构成的MMC相比较，本发明使用开关管数目大大减少，降低了成本。
附图说明
图1是本发明的直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器的电路结构图；
图2是图1所示的直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器的半桥子模块的电路结构图；
图3是图1所示的直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器的全桥子模块的电路结构图；
图4是直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器直流侧发生短路故障时的等效电路。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的内容和特点，以下结合附图对本发明的具体实施方案进行具体说明，但本发明的实施不限于此。
参考图1，本发明的直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器由a相电路11、b相电路12、c相电路13、正极级联H桥21、负极级联H桥22、第一电容C 1、第二电容C 2构成；其中，a相电路11、b相电路12、c相电路13的结构完全相同，正极级联H桥21、负极级联H桥22结构完全相同，如图1所示。其中，第一电容C 1的正极与正极级联H桥21的一端、直流输电系统直流侧的正极19连接，正极级联H桥21的另一端与a相电路11的一个直流端、b相电路12的一个直流端、c相电路13的一个直流端连接，a相电路11的另一个直流端与b相电路12的另一个直流端、c相电路13的另一个直流端、负极级联H桥22的一端连接，负极级联H桥22的另一端与第二电容C 2的负极、直流输电系统直流侧的负极20连接，第二电容C 2的正极与第一电容C 1的负极、地n连接；a相电路11的交流端a与直流输电系统a相交流侧连接，b相电路12的交流端b与直流输电系统b相交流侧连接，c相电路13的交流端c与直流输电系统c相交流侧连接。
所述a相电路11由上桥臂14、下桥臂15构成，上桥臂14的一端作为a相电路11的一个直流端，上桥臂14的另一端与下桥臂15的一端连接，共同作为a相电路11的交流端a，下桥臂15的另一端作为a相电路11的另一个直流端；所述上桥臂14与下桥臂15的结构完全相同。所述上桥臂14由N（本实例N≥2）个半桥子模块HSM1、HSM2、……、HSMN和电感L构成；N个半桥子模块HSM1、HSM2、……、HSMN依次串联，形成半桥子模块串，半桥子模块串的一端与电感L的一端连接，半桥子模块串的另一端作为上桥臂11的一端，电感L的另一端作为上桥臂11的另一端。
所述正极级联H桥21由M个全桥子模块FSM1、FSM2、……、FSMM构成，M（本实例M≥2）个类全桥子模块FSM1、FSM2、……、FSMM依次串联。
所述的半桥子模块如图2所示，由第一开关管T 1、第二开关管T 2和第三电容C 3构成；第一开关管T 1的集电极和第三电容C 3的正极连接，第三电容C 3的负极与第二开关管T 2的发射极连接，第一开关管T 1的发射极与第二开关管T 2的集电极连接；第二开关管T 2的集电极、发射极作为半桥子模块的两端；所述开关管为IGBT。
所述的全桥子模块如图3所示，由第三开关管T 3、第四开关管T 4、第五开关管T 5、第六开关管T 6和第四电容C 4构成；第三开关管T 3的集电极与第四电容C 4的正极、第四开关管T 4的集电极连接，第三开关管T 3的发射极与第五开关管T 5的集电极连接，第四开关管T 4的发射极与第六开关管T 6的集电极连接，第五开关管T 5的发射极与第四电容C 4的负极、第六开关管T 6的发射极连接；第五开关管T 5的集电极、第六开关管T 6的集电极作为全桥子模块的两端。
当直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器直流侧发生短路故障时，闭锁所有开关管，其等效电路图如图4所示，运行等效为直流侧并联电容的三相不控整流器，可以使短路电流迅速减小。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：该变换器由a相电路（11）、b相电路（12）、c相电路（13）、正极级联H桥（21）、负极级联H桥（22）、第一电容（C 1）、第二电容（C 2）构成；其中，a相电路（11）、b相电路（12）、c相电路（13）的结构完全相同，正极级联H桥（21）、负极级联H桥（22）结构完全相同。
2.根据权利要求1所述的直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：第一电容（C 1）的正极与正极级联H桥（21）的一端、直流输电系统直流侧的正极（19）连接，正极级联H桥（21）的另一端与a相电路（11）的一个直流端、b相电路（12）的一个直流端、c相电路（13）的一个直流端连接，a相电路（11）的另一个直流端与b相电路（12）的另一个直流端、c相电路（13）的另一个直流端、负极级联H桥（22）的一端连接，负极级联H桥（22）的另一端与第二电容（C 2）的负极、直流输电系统直流侧的负极（20）连接，第二电容（C 2）的正极与第一电容（C 1）的负极、地（n）连接；a相电路（11）的交流端（a）与直流输电系统a相交流侧连接，b相电路（12）的交流端（b）与直流输电系统b相交流侧连接，c相电路（13）的交流端（c）与直流输电系统c相交流侧连接。
3.根据权利要求1所述的直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：所述a相电路（11）由上桥臂（14）、下桥臂（15）构成，上桥臂（14）的一端作为a相电路（11）的一个直流端；上桥臂（14）的另一端与下桥臂（15）的一端连接，共同作为a相电路（11）的交流端（a）；下桥臂（15）的另一端作为a相电路（11）的另一个直流端；所述上桥臂（14）与下桥臂（15）的结构完全相同。
4.根据权利要求3所述的上桥臂（14），其特征在于：由N个半桥子模块（HSM1、HSM2、……、HSMN）和电感（L）构成；N个半桥子模块（HSM1、HSM2、……、HSMN）依次串联，形成半桥子模块串，半桥子模块串的一端与电感（L）的一端连接，半桥子模块串的另一端作为上桥臂（11）的一端，电感（L）的另一端作为上桥臂（11）的另一端。
5.根据权利要求1所述的直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：所述正极级联H桥（21）由M个全桥子模块（FSM1、FSM2、……、FSMM）构成，M个全桥子模块（FSM1、FSM2、……、FSMM）依次串联。
6.根据权利要求4所述的直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：所述半桥子模块由第一开关管（T 1）、第二开关管（T 2）和第三电容（C 3）构成；第一开关管（T 1）的集电极和第三电容（C 3）的正极连接，第三电容（C 3）的负极与第二开关管（T 2）的发射极连接，第一开关管（T 1）的发射极与第二开关管（T 2）的集电极连接；第二开关管（T 2）的集电极、发射极作为半桥子模块的两端。
7.根据权利要求5所述的直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：所述全桥子模块由第三开关管（T 3）、第四开关管（T 4）、第五开关管（T 5）、第六开关管（T 6）和第四电容（C 4）构成；第三开关管（T 3）的集电极与第四电容（C 4）的正极、第四开关管（T 4）的集电极连接，第三开关管（T 3）的发射极与第五开关管（T 5）的集电极连接，第四开关管（T 4）的发射极与第六开关管（T 6）的集电极连接，第五开关管（T 5）的发射极与第四电容（C 4）的负极、第六开关管（T 6）的发射极连接；第五开关管（T 5）的集电极、第六开关管（T 6）的集电极作为全桥子模块的两端。
8.根据权利要求6或7所述的直流侧级联H桥的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：所述开关管为IGBT。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113300607A (zh) * 2021-05-26 2021-08-24 西安交通大学 基于全桥接口的双有源桥子模块、直流变压器及其控制方法
CN113922682A (zh) * 2021-12-13 2022-01-11 四川大学 一种三相桥式电路直接级联型模块化多电平换流器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102549907A (zh) * 2009-07-31 2012-07-04 阿尔斯通格瑞德英国有限公司 具有主动故障电流限制的变换器
CN103633871A (zh) * 2013-11-20 2014-03-12 华南理工大学 基于全桥与半桥模块的混合型多电平换流器及其控制方法
CN103701145A (zh) * 2014-01-02 2014-04-02 浙江大学 一种基于混杂式mmc的混合型直流输电系统
CN104242720A (zh) * 2014-09-11 2014-12-24 华南理工大学 交流侧级联h桥的混合模块多电平变换器
CN104269875A (zh) * 2014-10-29 2015-01-07 国家电网公司 一种基于mmc模块化多电平变换器的混合储能拓扑结构
CN205070837U (zh) * 2015-09-22 2016-03-02 华南理工大学 直流侧级联h桥的混合模块组合多电平变换器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102549907A (zh) * 2009-07-31 2012-07-04 阿尔斯通格瑞德英国有限公司 具有主动故障电流限制的变换器
CN103633871A (zh) * 2013-11-20 2014-03-12 华南理工大学 基于全桥与半桥模块的混合型多电平换流器及其控制方法
CN103701145A (zh) * 2014-01-02 2014-04-02 浙江大学 一种基于混杂式mmc的混合型直流输电系统
CN104242720A (zh) * 2014-09-11 2014-12-24 华南理工大学 交流侧级联h桥的混合模块多电平变换器
CN104269875A (zh) * 2014-10-29 2015-01-07 国家电网公司 一种基于mmc模块化多电平变换器的混合储能拓扑结构
CN205070837U (zh) * 2015-09-22 2016-03-02 华南理工大学 直流侧级联h桥的混合模块组合多电平变换器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113300607A (zh) * 2021-05-26 2021-08-24 西安交通大学 基于全桥接口的双有源桥子模块、直流变压器及其控制方法
CN113922682A (zh) * 2021-12-13 2022-01-11 四川大学 一种三相桥式电路直接级联型模块化多电平换流器
CN113922682B (zh) * 2021-12-13 2022-03-01 四川大学 一种三相桥式电路直接级联型模块化多电平换流器

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