一种应用于mmc型柔性直流输电的mmc模块拓扑的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及柔性输配电技术领域，具体涉及一种应用于MMC型柔性直流输电的MMC模块拓扑。
【【背景技术】】
[0002]与传统电压源换流器相比，模块化多电平换流器(Modular MultileverConverter, MMC)具有扩展性好、谐波小、开关频率低、对器件一致触发要求少等优点，尤其适用于直流输电应用场合。
[0003]为降低损耗和器件数量，早期的MMC采用半桥子模块级联形式，但半桥子模块级联形式的MMC无法有效闭锁直流故障。同时，对于单相桥臂，直流电流、基波电流和基波电压产生一个基频以及二倍频的功率波动，该功率波动体现在模块的直流电容上会导致直流电容的电压有基频以及少量二倍频波动，因此在选取电容的时候需要较大的容值以应对该基频电压波动，造成电容容值较大，故体积较大，成本较高。因此，亟需一种新型拓扑的提出以解决上述技术问题。
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【发明内容】
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[0004]本发明提出一种应用于MMC型柔性直流输电的MMC模块拓扑，通过辅助电路的引入减小直流电容的容值，从而减小模块体积，提高功率密度。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种应用于MMC型柔性直流输电的MMC模块拓扑，包括9个IGBT Tll、T12、T13、T14、T21、T22、T23、T24 和 Τ5，9 个 IGBT 分别反并联有二极管 Dll、D12、D13、D14、D21、D22、D23、D24和D5，其中IGBT Tll、Τ12构成第一 Η半桥结构且并联有电容Cl，IGBT Τ21、Τ22构成第二 Η半桥结构且并联有电容C2，IGBT Τ13、Τ14构成第三Η半桥，第一 LC回路连接在Τ13的发射极和Τ14的发射极之间，IGBT Τ23、Τ24构成第四Η半桥，第二 LC回路连接在Τ23的发射极和Τ24的发射极之间，四个Η半桥及IGBT Τ5并联连接；通过控制第一 Η半桥结构中的两个IGBT Tll、Τ12和第二 Η半桥结构中的两个IGBT Τ21、Τ22的开通和关断来投入和切除直流电容C1和C2，从而产生所需要的电压；通过第三Η半桥结构中的两个IGBTΤ13、Τ14和第四Η半桥结构中的两个IGBT Τ23、Τ24控制第一 LC回路和第二 LC回路来吸收直流电容上的基频以及二倍频的功率波动；通过控制IGBT Τ5的导通和关断阻断直流短路故障。
[0007]进一步，所述IGBT Τ11的发射级与Τ12的集电极相连，Τ13的发射极和Τ14的集电极相连，第一 LC回路连接在Τ13的发射极和Τ14的发射极之间，直流电容C1连接在Τ13的集电极和Τ14的发射极之间，接线端子Α连接在T11和T12之间；
[0008]进一步，所述IGBT T22的发射级与T21的集电极相连，T23的发射极和T24的集电极相连，第二 LC回路连接在T23的发射极和T24的发射极之间，直流电容C2连接在T23的集电极和T24的发射极之间，接线端子B连接在T22和T21之间，IGBT Tll、T12、T13、T14、T21、T22、T23、T24、T5的栅极连接驱动信号。
[0009]进一步，所述第一 LC回路由电感Lai和电容Cal组成，第二 LC回路由电感La2和电容Ca2组成。
[0010]进一步，二极管D31的正极连接IGBT T5的集电极，负极连接IGBT T11的集电极，二极管D32的正极连接IGBT T21的发射极，负极连接IGBT T5的发射极；通过二极D31、D32在不控整流阶段通过二极管的正向导通电流的能力给电容提供充电回路，并均衡电容C1和C2上的电压。
[0011]本发明提出的MMC模块拓扑包含9个IGBT以及9个IGBT反并联二极管以及2个独立的二极管，通过控制T11和T12的开通和关断来投入和切除电容C1，通过控制T21和T22的开通和关断来投入和切除电容C2，从而产生所需要的交流电压。T13和T14用来控制附加第一 LC回路，T23和T24用来控制附加第二 LC回路，来吸收直流电容上C1和C2上的基频以及二倍频功率波动，从而减小功率波动，降低直流电容的容值和体积，达到提高功率密度的目的。通过控制T5的导通和关断来阻断直流短路故障。
【【附图说明】】
[0012]图1为本发明所提的拓扑图；
[0013]图2为新拓扑在MMC型柔性直流输电系统中的应用示意图；
[0014]图3为采用新拓扑后直流故障阻断功能的示意图；
[0015]图4为辅助电路的控制策略的示意图；
[0016]图5为采用新拓扑后电容电压波动减小的示意图；
【【具体实施方式】】
[0017]下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018]以下结合图1、2、3、4对本发明的原理做详细描述。
[0019]参见图1，所提新拓扑模块包括:9个 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,引导绝缘栅双极型晶体管):T11，T12，T13，T14，T21，T22，T23，T24，T5、4个电容:C1和Cal,C2 和 Ca2 以及 9 个反并联二极管:D11，D12，D13，D14，D21，D22，D23，D24，其中 Tll，T12 和T21，T22以及所包含的反并联二极管Dll，D12和D21，D22为主开关器件，主要负责模块电容的投入和切除从而产生所需的电压，在后文中称为主开关器件。T13，T14和T23，T24以及所包含的反并联二极管D13，D14和D23，D24为辅助开关器件，主要负责吸收基频以及二倍频功率，在后文中称为辅助开关器件。
[0020]具体的连接方式为:T11的集电极与二极管D11的负极相连，Τ11的发射极和D11的正极相连。Τ11的发射级与Τ12的集电极相连，D12的正极与Τ12的发射级相连，D12的负极与Τ12的集电极相连。Τ13的集电极和D13的负极相连，Τ13的发射极和D13的正极相连。Τ13的发射极和Τ14的集电极相连，Τ14的集电极和D14的负极相连，Τ4的发射级和D14的正极相连。第一 LC回路连接在Τ13的发射极和Τ14的发射极之间。直流电容C1连接在T13的集电极和T14的发射极之间。端子A连接在T11和T12之间。T22的集电极与二极管D22的负极相连，T22的发射极和D22的正极相连。T22的发射级与T21的集电极相连，D21的正极与T12的发射级相