橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器，其每相電路由上橋臂、下橋臂、第一電容和第二電容組成；所述上橋臂和下橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致。上橋臂由N個(gè)半橋子模塊和第一電感構(gòu)成，下橋臂由N個(gè)類全橋子模塊和第二電感構(gòu)成。本實(shí)用新型混合模塊組合多電平變換器具有直流側(cè)短路故障自清除能力。與現(xiàn)有的僅由半橋子模塊構(gòu)成的MMC比較，具有直流側(cè)短路故障自清除能力；與現(xiàn)有的僅由全橋子模塊構(gòu)成的MMC比較，節(jié)省了大量的開關(guān)管，降低了成本。
【專利說明】
橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及組合模塊多電平變換器領(lǐng)域，具體涉及橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高壓直流輸電的不斷發(fā)展，多電平變換器得到了巨大的發(fā)展。其中，模塊組合多電平變換器(Modular Multilevel Converter，MMC)作為一種新型的多電平拓?fù)?，除了具有傳統(tǒng)多電平變換器的優(yōu)點(diǎn)，模塊組合多電平變換器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)擴(kuò)容和冗余工作;具有不平衡運(yùn)行能力、故障穿越和恢復(fù)能力，系統(tǒng)可靠性高；由于具有公共直流母線，模塊組合多電平變換器尤其適用于高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用。
[0003]目前，MMC子模塊主要有半橋子模塊和全橋子模塊兩種。由半橋子模塊構(gòu)成的MMC結(jié)構(gòu)簡單，但不具有直流側(cè)短路故障自清除能力；由全橋子模塊構(gòu)成的MMC具有直流側(cè)短路故障自清除能力，但需要雙倍的器件，成本非常高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器的每相電路由上橋臂、下橋臂、第一電容和第二電容組成;所述上橋臂由半橋子模塊構(gòu)成，所述下橋臂由類全橋子模塊構(gòu)成。第一電容的正極與上橋臂的一端、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的正極連接，上橋臂的另一端與下橋臂的一端、直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)連接，下橋臂的另一端與第二電容的負(fù)極、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的負(fù)極連接，第二電容的正極與第一電容的負(fù)極、地連接。
[0006]所述上橋臂由N個(gè)半橋子模塊和第一電感構(gòu)成;N個(gè)半橋子模塊依次串聯(lián)，形成半橋子模塊串，半橋子模塊串的一端與第一電感的一端連接，半橋子模塊串的另一端作為上橋臂的一端，第一電感的另一端作為上橋臂的另一端。所述下橋臂由N個(gè)類全橋子模塊和第二電感構(gòu)成;N個(gè)類全橋子模塊依次串聯(lián)，形成類全橋子模塊串，類全橋子模塊串的一端與第二電感的一端連接，類全橋子模塊串的另一端作為下橋臂的一端，第二電感的另一端作為下橋臂的另一端。
[0007]進(jìn)一步地，半橋子模塊由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管和第三電容構(gòu)成;第一開關(guān)管的集電極和第三電容的正極連接，第三電容的負(fù)極與第二開關(guān)管的發(fā)射極連接，第一開關(guān)管的發(fā)射極與第二開關(guān)管的集電極連接;第二開關(guān)管的集電極、發(fā)射極作為半橋子模塊的兩端。
[0008]進(jìn)一步地，類全橋子模塊由第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、二極管和第四電容構(gòu)成;第三開關(guān)管的集電極與第四電容的正極、第四開關(guān)管的集電極連接，第四開關(guān)管的發(fā)射極與第五開關(guān)管的集電極連接，第五開關(guān)管的發(fā)射極與二極管的陽極、第四電容的負(fù)極連接，二極管的陰極與第三開關(guān)管的發(fā)射極連接;第三開關(guān)管的發(fā)射極、第四開關(guān)管的發(fā)射極作為類全橋子模塊的兩端。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)勢為:具有直流側(cè)短路故障自清除能力。與現(xiàn)有的僅由半橋子模塊構(gòu)成的MMC相比較，本實(shí)用新型具有直流側(cè)短路故障自清除能力;與現(xiàn)有的僅由全橋子模塊構(gòu)成的MMC相比較，本實(shí)用新型使用開關(guān)管數(shù)目大大減少，降低了成本。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2是圖1所示的橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器的半橋子模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖3是圖1所示的橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器的類全橋子模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖4是三相橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器直流側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)的等效電路。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的內(nèi)容和特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案進(jìn)行具體說明。但本實(shí)用新型的實(shí)施不限于此。
[0015]參考圖1，本實(shí)用新型的橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器的每相電路由上橋臂11、下橋臂12、第一電容&和第二電容C2組成;所述上橋臂11由半橋子模塊構(gòu)成，所述下橋臂12由類全橋子模塊構(gòu)成。其中，第一電容Cl的正極與上橋臂11的一端、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的正極14連接，上橋臂11的另一端j與下橋臂12的一端、直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)13連接，下橋臂12的另一端與第二電容C2的負(fù)極、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的負(fù)極15連接，第二電容C2的正極與第一電容C1的負(fù)極、地η連接。
[0016]所述上橋臂11由Ν(Ν2 2)個(gè)半橋子模塊HSM1、HSM2、……、HSMN和第一電感L1構(gòu)成;N個(gè)半橋子模塊(HSM1、HSM2、……、HSMn)依次串聯(lián)，形成半橋子模塊串，半橋子模塊串的一端與第一電感L1的一端連接，半橋子模塊串的另一端作為上橋臂11的一端，第一電感L1的另一端作為上橋臂11的另一端。所述下橋臂12由N個(gè)類全橋子模塊(FSM1、FSM2、……、FSMn)和第二電感L2構(gòu)成;N個(gè)類全橋子模塊(FSMhFSM^……、FSMN)依次串聯(lián)，形成類全橋子模塊串，類全橋子模塊串的一端與第二電感L2的一端連接，類全橋子模塊串的另一端作為下橋臂12的一端，第二電感L2的另一端作為下橋臂12的另一端。
[0017]所述的半橋子模塊如圖2所示，由第一開關(guān)管!^、第二開關(guān)管T2和第三電容C3構(gòu)成；第一開關(guān)管T1的集電極和第三電容C3的正極連接，第三電容C3的負(fù)極與第二開關(guān)管T2的發(fā)射極連接，第一開關(guān)管1^的發(fā)射極與第二開關(guān)管!^的集電極連接;第二開關(guān)管T2的集電極、發(fā)射極作為半橋子模塊的兩端;所述開關(guān)管為IGBT。
[0018]所述的類全橋子模塊如圖3所示，由第三開關(guān)管T3、第四開關(guān)管T4、第五開關(guān)管T5、二極管D和第四電容C4構(gòu)成;第三開關(guān)管T3的集電極與第四電容C4的正極、第四開關(guān)管T4的集電極連接，第四開關(guān)管Τ4的發(fā)射極與第五開關(guān)管!^的集電極連接，第五開關(guān)管1~5的發(fā)射極與二極管D的陽極、第四電容C4的負(fù)極連接，二極管D的陰極與第三開關(guān)管T3的發(fā)射極連接；第三開關(guān)管T3的發(fā)射極、第四開關(guān)管T4的發(fā)射極作為類全橋子模塊的兩端;本實(shí)例所述開關(guān)管為IGBT。
[0019]以三相橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器為例，當(dāng)直流側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，閉鎖所有開關(guān)管，其等效電路圖如圖4所示，運(yùn)行等效為直流側(cè)并聯(lián)電容的三相不控整流器，可以使短路電流迅速減小。
[0020]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:該變換器的每相電路由上橋臂(11)、下橋臂(12)、第一電容(C1)和第二電容(C2)組成;所述上橋臂(11)由半橋子模塊構(gòu)成，所述下橋臂(12 )由類全橋子模塊構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:第一電容(C1)的正極與上橋臂(11)的一端、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的正極(14)連接，上橋臂(11)的另一端(j)與下橋臂(12)的一端、直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)(13)連接，下橋臂(12)的另一端與第二電容(C2)的負(fù)極、直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的負(fù)極(15)連接，第二電容(C2)的正極與第一電容(C1)的負(fù)極、地(η)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述上橋臂(11)由N個(gè)半橋子模塊(HSMhHSM^……、HSMN)和第一電感(L1)構(gòu)成;N個(gè)半橋子模塊(HSM1、HSM2、……、HSMn)依次串聯(lián)，形成半橋子模塊串，半橋子模塊串的一端與第一電感(L1)的一端連接，半橋子模塊串的另一端作為上橋臂(11)的一端，第一電感(L1)的另一端作為上橋臂(11)的另一端。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述下橋臂(12)由N個(gè)類全橋子模塊(FSM^FSifc、……、FSMN)和第二電感(L2)構(gòu)成;N個(gè)類全橋子模塊(FSM1、FSM2、……、FSMn)依次串聯(lián)，形成類全橋子模塊串，類全橋子模塊串的一端與第二電感(L2)的一端連接，類全橋子模塊串的另一端作為下橋臂(12 )的一端，第二電感(L2)的另一端作為下橋臂(12)的另一端。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述半橋子模塊由第一開關(guān)管(Ti)、第二開關(guān)管(T2)和第三電容(C3)構(gòu)成;第一開關(guān)管(T1)的集電極和第三電容(C3)的正極連接，第三電容(C3)的負(fù)極與第二開關(guān)管(T2)的發(fā)射極連接，第一開關(guān)管(T1)的發(fā)射極與第二開關(guān)管(T2)的集電極連接;第二開關(guān)管(T2)的集電極、發(fā)射極作為半橋子模塊的兩端;所述開關(guān)管為IGBT。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述類全橋子模塊由第三開關(guān)管(T3)、第四開關(guān)管(T4)、第五開關(guān)管(T5)、二極管(D)和第四電容(C4)構(gòu)成；第三開關(guān)管(T3)的集電極與第四電容(C4)的正極、第四開關(guān)管(T4)的集電極連接，第四開關(guān)管(T4)的發(fā)射極與第五開關(guān)管(T5)的集電極連接，第五開關(guān)管(T5)的發(fā)射極與二極管(D)的陽極、第四電容(C4)的負(fù)極連接，二極管(D)的陰極與第三開關(guān)管(T3)的發(fā)射極連接;第三開關(guān)管(T3)的發(fā)射極、第四開關(guān)管(T4)的發(fā)射極作為類全橋子模塊的兩端。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的橋臂非對稱的混合模塊組合多電平變換器，其特征在于:所述開關(guān)管為IGBT。
【文檔編號(hào)】H02M7/5388GK205430083SQ201520741893
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年9月22日
【發(fā)明人】張波, 付堅(jiān), 丘東元, 韓沖
【申請人】華南理工大學(xué)