[发明专利]一种基于双向准Z源的模块化多电平变换器子模块拓扑结构及其工作方法

说明书

本发明公开了一种基于双向准Z源的模块化多电平变换器子模块拓扑结构及其工作方法，包括半桥电路，所述半桥电路和双向准Z源电路电连接。本发明降低了子模块电容电压值，减小了电容尺寸；子模块本身具有子模块电压控制能力，子模块电容电压波动可被控制的很小；加入了直通状态，降低了直通故障的概率，提高了结构可靠性。

技术领域

本发明属于大功率变换器拓扑结构技术领域，具体涉及一种基于双向准Z源的模块化多电平变换器子模块拓扑结构及其工作方法。

背景技术

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)被广泛应用于柔性直流输电系统、电能质量治理、储能、中高压电力传动等领域，并被认为是最具发展前景的中高压大功率变换器。半桥子模块因其结构和控制简单、成本最低，是MMC中应用最广泛的子模块拓扑结构。但是该结构子模块电容电压高、波动大，由子模块电压波动等于电容电压波动，导致环流交流分量较大，需采用环流抑制策略抑制环流交流分量，增加了控制复杂度。另外，若半桥子模块的两个开关管因为驱动受到干扰等因素而非正常直通，电容的短路电流会损毁开关管及电容等器件。

针对子模块电容电压波动较大的问题，现有研究大都采用改进的控制策略来减小电容电压波动，但是抑制能力有限。针对直通问题，有文献提出了基于钳位和能量转移电路的MMC可直通子模块拓扑，但是该拓扑元件较多，损耗较大，且承担储能作用的电容电压过高。现有技术中尚无同时从子模块电容电压过高、减小子模块电压波动和提高拓扑可靠性三个方面提出一个全面的解决方案。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于双向准Z源的模块化多电平变换器子模块拓扑结构及其工作方法，降低了子模块电容电压值，减小了子模块电压波动，提高了结构可靠性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于双向准Z源的模块化多电平变换器子模块拓扑结构，包括半桥电路，所述半桥电路和双向准Z源电路电连接。

一种基于双向准Z源的模块化多电平变换器子模块拓扑结构的工作方法，包括以下步骤：

模块化多电平变换器子模块输出的正弦调制波M₁和直通调制波M₂分别与三角载波C比较产生开关信号CM₁和CM₂；

第一NPN功率开关管S₁的开关信号等于CM₁异或CM₂；第二NPN功率开关管S₂的开关信号为CM₁取反；开关管Q₁的开关信号为CM₂取反；

当第一NPN功率开关管S₁和开关管Q₁同时导通且第二NPN功率开关管S₂关断时，模块化多电平变换器子模块处于投入状态；

当第二NPN功率开关管S₂和开关管Q₁同时导通且第一NPN功率开关管S₁关断时，模块化多电平变换器子模块处于切除状态；

当第一NPN功率开关管S₁和第二NPN功率开关管S₂同时导通且开关管Q₁关断时，模块化多电平变换器子模块处于直通状态。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：