CN105406743A - 桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器，其每相电路由上桥臂、下桥臂、第一电容和第二电容组成；所述上桥臂和下桥臂的电路结构完全一致。上桥臂由N个半桥子模块和第一电感构成，下桥臂由N个类全桥子模块和第二电感构成。本发明混合模块组合多电平变换器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

桥臂非对称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，具体涉及桥臂非对称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，提出桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器。
本发明采用的技术方案是：桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器的每相电路由上桥臂、下桥臂、第一电容和第二电容组成；所述上桥臂由半桥子模块构成，所述下桥臂由类全桥子模块构成。第一电容的正极与上桥臂的一端、直流输电系统直流侧的正极连接，上桥臂的另一端与下桥臂的一端、直流输电系统交流侧连接，下桥臂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。
所述上桥臂由N个半桥子模块和第一电感构成；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第一电感的一端连接，半桥子模块串的另一端作为上桥臂的一端，第一电感的另一端作为上桥臂的另一端。所述下桥臂由N个类全桥子模块和第二电感构成；N个类全桥子模块依次串联，形成类全桥子模块串，类全桥子模块串的一端与第二电感的一端连接，类全桥子模块串的另一端作为下桥臂的一端，第二电感的另一端作为下桥臂的另一端。
进一步地，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，类全桥子模块由第三开关管、第四开关管、第五开关管、二极管和第四电容构成；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，第四开关管的发射极与第五开关管的集电极连接，第五开关管的发射极与二极管的阳极、第四电容的负极连接，二极管的阴极与第三开关管的发射极连接；第三开关管的发射极、第四开关管的发射极作为类全桥子模块的两端。
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是本发明的桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器的电路结构图；
图2是图1所示的桥臂非对称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所示的桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器的类全桥子模块的电路结构图；
图4是三相桥臂非对称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，本发明的桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器的每相电路由上桥臂11、下桥臂12、第一电容C 1和第二电容C 2组成；所述上桥臂11由半桥子模块构成，所述下桥臂12由类全桥子模块构成。其中，第一电容C 1的正极与上桥臂11的一端、直流输电系统直流侧的正极14连接，上桥臂11的另一端j与下桥臂12的一端、直流输电系统交流侧13连接，下桥臂12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15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。
所述上桥臂11由N（N≥2）个半桥子模块HSM1、HSM2、……、HSMN和第一电感L 1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第一电感L 1的一端连接，半桥子模块串的另一端作为上桥臂11的一端，第一电感L 1的另一端作为上桥臂11的另一端。所述下桥臂12由N个类全桥子模块（FSM1、FSM2、……、FSMN）和第二电感L 2构成；N个类全桥子模块（FSM1、FSM2、……、FSMN）依次串联，形成类全桥子模块串，类全桥子模块串的一端与第二电感L 2的一端连接，类全桥子模块串的另一端作为下桥臂12的一端，第二电感L 2的另一端作为下桥臂12的另一端。
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。
所述的类全桥子模块如图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、二极管D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，第四开关管T 4的发射极与第五开关管T 5的集电极连接，第五开关管T 5的发射极与二极管D的阳极、第四电容C 4的负极连接，二极管D的阴极与第三开关管T 3的发射极连接；第三开关管T 3的发射极、第四开关管T 4的发射极作为类全桥子模块的两端；本实例所述开关管为IGBT。
以三相桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器为例，当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 (7)

1.桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：该变换器的每相电路由上桥臂（11）、下桥臂（12）、第一电容（C 1）和第二电容（C 2）组成；所述上桥臂（11）由半桥子模块构成，所述下桥臂（12）由类全桥子模块构成。
2.根据权利要求1所述的桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：第一电容（C 1）的正极与上桥臂（11）的一端、直流输电系统直流侧的正极（14）连接，上桥臂（11）的另一端（j）与下桥臂（12）的一端、直流输电系统交流侧（13）连接，下桥臂（12）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（15）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。
3.根据权利要求1所述的桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：所述上桥臂（11）由N个半桥子模块（HSM1、HSM2、……、HSMN）和第一电感（L 1）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第一电感（L 1）的一端连接，半桥子模块串的另一端作为上桥臂（11）的一端，第一电感（L 1）的另一端作为上桥臂（11）的另一端。
4.根据权利要求1所述的桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：所述下桥臂（12）由N个类全桥子模块（FSM1、FSM2、……、FSMN）和第二电感（L 2）构成；N个类全桥子模块（FSM1、FSM2、……、FSMN）依次串联，形成类全桥子模块串，类全桥子模块串的一端与第二电感（L 2）的一端连接，类全桥子模块串的另一端作为下桥臂（12）的一端，第二电感（L 2）的另一端作为下桥臂（12）的另一端。
5.根据权利要求3所述的桥臂非对称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；所述开关管为IGBT。
6.根据权利要求4所述的桥臂非对称的混合模块组合多电平变换器，其特征在于：所述类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）、二极管（D）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，第四开关管（T 4）的发射极与第五开关管（T 5）的集电极连接，第五开关管（T 5）的发射极与二极管（D）的阳极、第四电容（C 4）的负极连接，二极管（D）的阴极与第三开关管（T 3）的发射极连接；第三开关管（T 3）的发射极、第四开关管（T 4）的发射极作为类全桥子模块的两端。
7.根据权利要求1~6任一项所述的桥臂非对称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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