[发明专利]一种基于钳位二极管的MMC模块电容电压自均衡拓扑

说明书

本发明公开了一种基于钳位二极管的MMC模块电容电压自均衡拓扑，由A、B、C三相构成的MMC模型，每相中每个桥臂分别有N个MMC子模块及1个桥臂电抗器串联而成。由辅助IGBT、钳位二极管和辅助电感构成的辅助均压回路，每相辅助均压回路包括N个辅助IGBT、N‑1个钳位二极管和N‑1个辅助电感。本发明提供的基于钳位二极管的MMC模块电容电压自均衡拓扑，不需要排序均压策略，仅需要控制每相顶端首个子模块的电容电压即可实现每相所有子模块电容电压的自动均衡，大量减少了子模块电容电压传感器的数量，减轻了处理器的运算压力，同时该拓扑可以实现自均压拓扑与传统MMC拓扑的自由转换，具有直流短路故障穿越能力。

技术领域

本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种基于钳位二极管的MMC模块电容电压自均衡拓扑。

背景技术

在柔性直流输电技术领域中，目前广泛使用的是模块化多电平换流器(ModularMultilevel Converter，MMC)。模块化多电平换流器和传统两电平换流器相比，具有开关频率低、损耗小、输出波形正弦度高、滤波器要求低和模块化设计可靠性高等优点。

模块化多电平换流器子模块电容电压均衡是保证MMC可靠运行的关键，传统的MMC拓扑中，目前主流的MMC子模块电容电压均衡思路是采用基于电容电压排序的子模块投切策略。但是，排序功能的实现必须依赖电容电压的高速采样，需要大量的传感器，随着输电容量及电压等级的提升，模块数大幅增加，每个桥臂上的模块数多达几百个，一方面需要数量庞大的传感器，另一方面电容电压的排序运算量也大量增加，增加了控制器的数据处理负担。

文献“A DC-Link Voltage Self-Balance Method for a Diode-ClampedModular Multilevel Converter With Minimum Number of Voltage Sensors”中提出了一种利用辅助箝位二极管及变压器来实现MMC模块电容自压的方法，但变压器的引入使系统结构和控制策略较为复杂。

专利“基于等式约束的辅助电容集中式半桥MMC自均压拓扑”中基于前一段所提文献中的辅助二极管均压法，提出了一种基于辅助电容的相间能量均衡拓扑及调制策略。其拓扑A、B、C三相结构不完全一致，流通通道结构不对称；此外，其拓扑中B相和A、C两相使用的子模块不一样，不利于模块化生产。

发明内容

本发明的目的在于提出一种模块化的，对称的，不依赖均压算法，能够大幅度减少传感器数量，同时具有直流故障穿越能力的基于钳位二极管的MMC模块电容电压自均衡拓扑。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于钳位二极管的MMC模块电容电压自均衡拓扑，包括由A、B、C三相构成的MMC模型，每相中每个桥臂分别有N个MMC子模块及1个桥臂电抗器串联而成；包括由辅助IGBT、钳位二极管和辅助电感构成的辅助均压回路，每相辅助均压回路包括N个辅助IGBT、N-1个钳位二极管和N-1个辅助电感。